Question

11．面對日益嚴重的環境問題，“變廢為寶”是化學發展的一個重要方向．例如用廢舊酸性鋅錳干電池經破碎后的錳粉[含MnO₂、MnO（OH）、Zn（NH₃）₂Cl₂、Fe、NH₄Cl和炭黑等]制取MnO₂及高性能磁性材料碳酸錳（MnCO₃），工藝流程如下圖所示：

沉淀物	Fe（OH）2	Fe（OH）3	Mn（OH）2	Zn（OH）2
沉淀開始時pH	7.5	2.2	8.8	6.5
沉淀完全時pH	9.5	3.7	10.8	8.5

根據以上信息回答問題：
（1）過濾Ⅰ得到的濾渣主要成分是碳黑．
（2）流程中氧化后加入NaOH溶液調節pH的范圍為8.5＜pH＜8.8，其作用是除去Fe³⁺、Zn²⁺．
（3）過濾Ⅱ后濾液中陽離子主要是Mn²⁺．
（4）過濾①中，濾液B含NH₄Cl，則生成的氣體A是CO₂．
（5）請寫出酸性鋅錳干電池生成錳粉中給出產物的總反應式Zn+2MnO₂+2NH₄Cl=2MnOOH+Zn（NH₃）₂Cl₂．
（6）將4.00g錳粉完全按照上述工藝流程②生產MnO₂，并以此測定其中錳元素的含量．
首先向制取的MnO₂中加入過量酸化的0.50mol/LH₂C₂O₄ 50.00ml，MnO₂完全溶解，并產生A氣體，寫出該反應的離子方程式：MnO₂+H₂C₂O₄+2H⁺=Mn²⁺+2CO₂↑+2H₂O．然后用0.1mol/LKMnO₄溶液滴定過量的H₂C₂O₄溶液（產物與上反應一致），滴定終點時消耗KMnO₄溶液 30.00mL，求錳粉中的錳元素質量分數是24.06%（保留2位有效數字）．

Answer 1

分析 錳粉[含MnO₂、MnO（OH）、Zn（NH₃）₂Cl₂、Fe、NH₄Cl和炭黑等]在濃鹽酸中加熱、浸取，發生MnO₂+4H⁺+2Cl^-$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Mn²⁺+Cl₂↑+2H₂O、2MnO（OH）+6HCl=2MnCl₂+Cl₂↑+3H₂O、Fe+2HCl=FeCl₂+H₂↑等反應，過濾后所得濾渣為碳黑，濾液中含有Mn²⁺、Fe²⁺、NH₄⁺、Zn²⁺等離子，在濾液中加入適量過氧化氫和氫氧化鈉，可將Fe²⁺轉化為Fe³⁺，并生成Fe（OH）₃，控制溶液pH在8.5＜pH＜8.8之間可除去Fe³⁺、Zn²⁺，過濾后所得濾液Ⅱ主要為Mn²⁺，濾液Ⅱ中H₂O₂溶液，在一定條件下使Mn²⁺轉化成MnO₂，經過濾、洗滌、干燥可得MnO₂，濾液Ⅱ中加入碳酸氫銨飽和溶液，發生反應Mn²⁺+2HCO₃^-=MnCO₃+CO₂↑+H₂O，得到碳酸錳沉淀、氯化銨溶液和氣體A為CO₂，以此解答該題．

解答 解：錳粉[含MnO₂、MnO（OH）、Zn（NH₃）₂Cl₂、Fe、NH₄Cl和炭黑等]在濃鹽酸中加熱、浸取，發生MnO₂+4H⁺+2Cl^-$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Mn²⁺+Cl₂↑+2H₂O、2MnO（OH）+6HCl=2MnCl₂+Cl₂↑+3H₂O、Fe+2HCl=FeCl₂+H₂↑等反應，過濾后所得濾渣為碳黑，濾液中含有Mn²⁺、Fe²⁺、NH₄⁺、Zn²⁺等離子，在濾液中加入適量過氧化氫和氫氧化鈉，可將Fe²⁺轉化為Fe³⁺，并生成Fe（OH）₃，控制溶液pH在8.5＜pH＜8.8之間可以除去Fe³⁺、Zn²⁺，過濾后所得濾液Ⅱ主要為Mn²⁺，濾液Ⅱ中H₂O₂溶液，在一定條件下使Mn²⁺轉化成MnO₂，經過濾、洗滌、干燥可得MnO₂，濾液Ⅱ中加入碳酸氫銨飽和溶液，發生反應Mn²⁺+2HCO₃^-=MnCO₃+CO₂↑+H₂O，得到碳酸錳沉淀、氯化銨溶液和氣體A為CO₂，
（1）根據上面的分析可知，過濾Ⅰ得到的濾渣主要成分是碳黑，
故答案為：碳黑；  
（2）流程中氧化后加入NaOH溶液調節pH的范圍為8.5＜pH＜8.8，其作用是除去Fe³⁺、Zn²⁺，
故答案為：除去Fe³⁺、Zn²⁺；
（3）過濾Ⅱ后濾液中陽離子主要是Mn²⁺，
故答案為：Mn²⁺；
（4）根據上面的分析可知，氣體A是 CO₂，
故答案為：CO₂；
（5）請寫出酸性鋅錳干電池生成錳粉中給出產物的總反應式 Zn+2MnO₂+2NH₄Cl=2MnOOH+Zn（NH₃）₂Cl₂，
故答案為：Zn+2MnO₂+2NH₄Cl=2MnOOH+Zn（NH₃）₂Cl₂；
（6）MnO₂與H₂C₂O₄ 發生氧化還原反應生成錳離子與二氧化碳，反應的離子方程式為MnO₂+H₂C₂O₄+2H⁺=Mn²⁺+2CO₂↑+2H₂O，根據電子得失守恒可知關系式：2KMnO₄～5H₂C₂O₄，由題意可知，與H₂C₂O₄反應的KMnO₄的物質的量為0.1mol/L×0.03L=0.003mol，則被KMnO₄氧化的H₂C₂O₄的物質的量為0.0075mol，H₂C₂O₄ 的總物質的量為0.50mol/L×0.05L=0.025mol，所以與二氧化錳反應的H₂C₂O₄ 的物質的量為0.025mol-0.0075mol=0.0175mol，則樣品中二氧化錳的物質的量為0.0175mol，錳粉中的錳元素質量分數是$\frac{0.0175mol×55g/mol}{4g}$×100%=24.06%，
故答案為：MnO₂+H₂C₂O₄+2H⁺=Mn²⁺+2CO₂↑+2H₂O；24.06%．

點評 本題通過MnO₂及MnCO₃的制備，考查了物質制備實驗方案的設計方法，題目難度較大，明確制備流程及相應的反應原理為解答關鍵，試題涉及的知識點較多、綜合性較強，充分考查了學生的分析、理解能力及化學實驗能力．