Question

6．鐵、錳、鋅、銅、硼等是農作物生長必需的微量元素．某課題組研究利用廢棄鋅錳電池和工業廢料硼鎂泥生產復合微量元素肥料〔簡稱復合微肥）．流程如下所示：
己知：
①硼鎂泥中含MgO，Na₂B₄0₇，MnO，Fe₂0₃，Si0₂，CaO等化合物
②Mn0₂不溶于硫酸和硝酸，MnO可溶于酸
回答下列問題：
（1）上述方法生產的復合微肥除了含有農作物生長必需的多種微量元素外，還含有必需的大量元素氮和鉀（填元素名稱）．
（2）焙燒時反應的化學方程式為MnO₂+C$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$MnO+CO↑，焙燒的目的是將不溶于酸的MnO₂轉化為可溶于酸的MnO
（3）酸解過程中氣體產物可循環利用的是NO；酸解后的溶液加入硼鎂泥調節溶液pH時，有H₃B0₃沉淀生成，該反應的離子方程式為B₄O₇^2-+2H⁺+5H₂O=4H₃BO₃↓；已知：25℃，K_sp[Mn（OH）₂]=1.9×10^-13＜K_sp[Mg（OH）₂]，若溶液的pH調節到6，計算說明是否會析出Mn（OH）₂，Mg（OH）₂沉淀PH=6，c（OH^-）=10^-8mol/L，若析出Mn（OH）₂沉淀，所需c（Mn²⁺）的最小值為$\frac{1.9×1{0}^{-13}}{（1×1{0}^{-8}）^{2}}$=1900mol/L，c（Mn²⁺）不可能達到此數值，故不能析出Mn（OH）₂沉淀，由于Ksp（Mn（OH）₂）＜Ksp（Mg（OH）₂），所以Mn（OH）₂也不可能析出．
（4）產品中錳元素含量的測定：稱取ag產品，溶于適量蒸餾水中，向所得溶液中加入足量NaClO溶液，發生反應Mn²⁺+ClO^-+H₂O═MnO₂↓+2H⁺+Cl^-，過濾、洗滌、干燥后稱得Mn0₂質量為b g，則產品中錳元素的質量分數為$\frac{55b}{87a}$×100%．
（5）己知玻璃可微量溶于水．實際生產中，常選用廢玻璃、粉煤灰、煉鋼爐渣和礦石等為原料高溫燒制，將熔融物冷水淬冷成塊，再磨成細粉即得玻璃微肥．玻璃微肥具有的優點是．肥分緩釋，肥分時間長或不易被雨水淋失或不污染環境（任答一條即可）．

Answer 1

分析 廢電池剝離破碎分離為鋅、銅金屬和炭黑、MnO₂、NH₄Cl、KOH，其中炭黑、MnO₂、NH₄Cl、KOH水洗過濾得到濾渣炭黑、MnO₂，濾液混合溶液Ⅰ為NH₄Cl、KOH水溶液反應后得到一水合氨和氯化鉀，Zn、Cu、MnO被稀硫酸和稀硝酸溶解得到混合溶液Ⅱ，Mn0₂不溶于硫酸和硝酸，MnO可溶于酸，所以溶液中含有Zn²⁺、Cu²⁺、Mn²⁺，加入硼鎂泥中含MgO，Na₂B₄0₇，MnO，Fe₂0₃，Si0₂，CaO等化合物來調節溶液PH=5-6，有H₃B0₃沉淀生成，過濾得到濾液和混合溶液Ⅰ混合，通過蒸發濃縮，冷卻結晶，過濾洗滌得到復合微肥；
（1）復合微肥的成分為濾液混合溶液Ⅰ為NH₄Cl、KOH水溶液反應后得到一水合氨和氯化鉀，和濾液混合含有農作物生長必需的多種微量元素外，還含有必需的大量元素氮和鉀元素；
（2）焙燒時反應為二氧化錳和碳發生氧化還原反應，生成MnO可溶于酸；
（3）酸解過程中是鋅、銅在稀硝酸溶液中被氧化，稀硝酸被還原為NO，一氧化氮和空氣混合溶于水可以重新生成稀硝酸，酸解后的溶液加入硼鎂泥調節溶液pH時，有H₃B0₃沉淀生成，是Na₂B₄0₇和酸反應生成；PH=6，c（OH^-）=10^-8mol/L，依據溶度積常數計算沉淀所需要的錳離子濃度分析判斷，氫氧化鎂和氫氧化錳陰離子和陽離子組成比相同，可以利用溶度積常數大小比較溶解度大小；
（4）依據錳元素守恒，結合離子方程式定量關系計算得到；
（5）選用廢玻璃、粉煤灰、煉鋼爐渣和礦石等為原料高溫燒制，將熔融物冷水淬冷成塊，再磨成細粉即得玻璃微肥，減少溶解避免流失．

解答 解：廢電池剝離破碎分離為鋅、銅金屬和炭黑、MnO₂、NH₄Cl、KOH，其中炭黑、MnO₂、NH₄Cl、KOH水洗過濾得到濾渣炭黑、MnO₂，濾液混合溶液Ⅰ為NH₄Cl、KOH水溶液反應后得到一水合氨和氯化鉀，Zn、Cu、MnO被稀硫酸和稀硝酸溶解得到混合溶液Ⅱ，Mn0₂不溶于硫酸和硝酸，MnO可溶于酸，所以溶液中含有Zn²⁺、Cu²⁺、Mn²⁺，加入硼鎂泥中含MgO，Na₂B₄0₇，MnO，Fe₂0₃，Si0₂，CaO等化合物來調節溶液PH=5-6，有H₃B0₃沉淀生成，過濾得到濾液和混合溶液Ⅰ混合，通過蒸發濃縮，冷卻結晶，過濾洗滌得到復合微肥；
（1）復合微肥的成分為濾液混合溶液Ⅰ為NH₄Cl、KOH水溶液反應后得到一水合氨和氯化鉀，和濾液混合含有農作物生長必需的多種微量元素外，還含有必需的大量元素氮和鉀元素；
故答案為：鉀；
（2）Mn0₂不溶于硫酸和硝酸，焙燒時反應為二氧化錳和碳發生氧化還原反應，生成MnO可溶于酸，反應的化學方程式為：MnO₂+C$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$MnO+CO↑，焙燒目的是將不溶于酸的MnO₂轉化為可溶于酸的MnO，
故答案為：MnO₂+C$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$MnO+CO↑；將不溶于酸的MnO₂轉化為可溶于酸的MnO；
（3）酸解過程中是鋅、銅在稀硝酸溶液中被氧化，稀硝酸被還原為NO，一氧化氮和空氣混合溶于水可以重新生成稀硝酸，可循環利用，酸解后的溶液加入硼鎂泥調節溶液pH時，有H₃B0₃沉淀生成，是Na₂B₄0₇和酸反應生成，反應的離子方程式為：B₄O₇^2-+2H⁺+5H₂O=4H₃BO₃↓，PH=6，c（OH^-）=10^-8mol/L，依據溶度積常數計算沉淀所需要的錳離子濃度，若析出Mn（OH）₂沉淀，所需c（Mn²⁺）的最小值為$\frac{1.9×1{0}^{-13}}{（1×1{0}^{-8}）^{2}}$=1900mol/L，c（Mn²⁺）不可能達到此數值，故不能析出Mn（OH）₂沉淀，氫氧化鎂和氫氧化錳陰離子和陽離子組成比相同，可以利用溶度積常數大小比較溶解度大小，由于Ksp（Mn（OH）₂）＜Ksp（Mg（OH）₂），所以Mn（OH）₂也不可能析出，
故答案為：NO；B₄O₇^2-+2H⁺+5H₂O=4H₃BO₃↓；PH=6，c（OH^-）=10^-8mol/L，若析出Mn（OH）₂沉淀，所需c（Mn²⁺）的最小值為$\frac{1.9×1{0}^{-13}}{（1×1{0}^{-8}）^{2}}$=1900mol/L，c（Mn²⁺）不可能達到此數值，故不能析出Mn（OH）₂沉淀，由于Ksp（Mn（OH）₂）＜Ksp（Mg（OH）₂），所以Mn（OH）₂也不可能析出；
（4）依據錳元素守恒，結合離子方程式定量關系計算，發生反應Mn²⁺+ClO^-+H₂O═MnO₂↓+2H⁺+Cl^-，n（MnO₂）=n（Mn）=$\frac{bg}{87g/mol}$=$\frac{b}{87}$mol，則產品中錳元素的質量分數=$\frac{\frac{b}{87}mol×55g/mol}{ag}$×100%=$\frac{55b}{87a}$×100%，
故答案為：$\frac{55b}{87a}$×100%；
（5）玻璃可微量溶于水，選用廢玻璃、粉煤灰、煉鋼爐渣和礦石等為原料高溫燒制，將熔融物冷水淬冷成塊，再磨成細粉即得玻璃微肥，減少溶解避免流失，玻璃微肥具有的優點是肥分緩釋，肥分時間長或不易被雨水淋失或不污染環境，
故答案為：肥分緩釋，肥分時間長或不易被雨水淋失或不污染環境．

點評 本題考查了物質分離和提純的分析判斷，主要是反應條件，物質性質的理解應用，沉淀溶解平衡，溶度積常數的計算應用，掌握基礎是關鍵，題目難度中等．