Question

5．以废旧锌锰电池初步处理分选出的含锰废料（MnO₂、MnOOH、MnO及少量Fe、Pb等）为原料制备高纯MnCl₂•xH₂O，实现锰的再生利用．其工作流程如图：

资料a：Mn的金属活动性强于Fe；Mn²⁺在酸性条件下比较稳定，pH高于5.5时易被O₂氧化．
资料b：
生成氢氧化物沉淀的pH

	Mn（OH）2	Pb（OH）2	Fe（OH）3
开始沉淀时	8.1	6.5	1.9
完全沉淀时	10.1	8.5	3.2

注：金属离子的起始浓度为0.1mol•L^-l
（1）过程I的目的是浸出锰．经检验滤液1中含有的阳离子为Mn²⁺、Fe³⁺、Pb²⁺和H⁺．
①MnO₂与浓盐酸反应的离子方程式是MnO₂+4H⁺+2Cl^-$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Mn²⁺+Cl₂↑+2H₂O．
②检验滤液1中只含Fe³⁺不含Fe²⁺的操作和现象是：取少量滤液1于试管中，滴入铁氰化钾溶液，无明显变化；另取少量滤液1于试管中，再滴加KSCN溶液，溶液变红．
③Fe³⁺由Fe²⁺转化而成，可能发生的反应有：
a.2Fe²⁺+Cl₂=2Fe³⁺+2Cl^-
b.4Fe²⁺+O₂+4H⁺=4Fe³⁺+2H₂O
c．…
写出c的离子方程式：MnO₂+4H⁺+2Fe²⁺=Mn²⁺+2Fe³⁺+2H₂O．
（2）过程Ⅱ的目的是除铁．有如下两种方法：
i．氨水法：将滤液1先稀释，再加适量10%的氨水，过滤．
ii．焙烧法：将滤液l浓缩得到的固体于290℃焙烧，冷却，取焙烧物…
已知：焙烧中发生的主要反应为2FeCl₃+3O₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2Fe₂O₃+3Cl₂，焙烧时MnCl₂和PbCl₂不发生变化．
①氨水法除铁时，溶液pH应控制在3.2～6.5之间．
②补全ii中的操作：加水溶解，过滤，再加盐酸酸化至pH小于6.5．
③两种方法比较，氨水法除铁的缺点是引入杂质NH₄⁺．
（3）过程Ⅲ的目的是除铅．加入的试剂是锰．
（4）过程Ⅳ所得固体中的x的测定如下：取m₁g样品，置于氮气氛围中加热至失去全部结晶水时，质量变为m₂g．则x=$\frac{{7（{m_1}-{m_2}）}}{m_2}$．

Answer 1

分析 含锰废料（MnO₂、MnOOH、MnO及少量Fe、Pb等）与浓盐酸反应，过滤滤液1中含有的阳离子为Mn²⁺、Fe³⁺、Pb²⁺和H⁺，过程II除去铁离子，过程III用锰除去铅离子，
（1）①浓盐酸与二氧化锰反应产生氯气；
②检验铁离子用KSCN溶液；
③二氧化锰氧化亚铁离子；
（2）①根据几种离子沉淀的pH数据分析；
②焙烧发除铁：将滤液l浓缩得到的固体于290℃焙烧，冷却，取焙烧物，加水溶解，过滤，再加盐酸酸化至pH小于6.5；
③氨水法除铁滤液2混有铵根离子；
（3）过程Ⅲ的目的是除铅，用活泼金属置换不活泼金属；
（4）m₁gMnCl₂•xH₂O置于氮气氛围中加热至失去全部结晶水时，生成MnCl₂质量为m₂g，则结晶水的质量为（m₁-m₂）g，根据1：x=n（MnCl₂）：n（H₂O）计算．

解答 解：（1）①浓盐酸与二氧化锰反应产生氯气，反应为：MnO₂+4H⁺+2Cl^-$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Mn²⁺+Cl₂↑+2H₂O；
故答案为：MnO₂+4H⁺+2Cl^-$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Mn²⁺+Cl₂↑+2H₂O；
②铁离子使KSCN溶液显红色，检验滤液1中只含Fe³⁺不含Fe²⁺的操作和现象是：取少量滤液1于试管中，滴入铁氰化钾溶液，无明显变化；另取少量滤液1于试管中，再滴加KSCN溶液，溶液变红；
故答案为：再滴加KSCN溶液，溶液变红；
③Fe³⁺由Fe²⁺转化而成，可能由氯气、氧气氧化，也可能由二氧化锰氧化，反应为：MnO₂+4H⁺+2Fe²⁺=Mn²⁺+2Fe³⁺+2H₂O；
故答案为：MnO₂+4H⁺+2Fe²⁺=Mn²⁺+2Fe³⁺+2H₂O；
（2）①调节pH除去铁离子，pH大于3.2时，铁离子沉淀完全，铅离子、锰离子不能沉淀，故pH应小于6.5；
故答案为：3.2～6.5；
②焙烧法除铁，将滤液l浓缩得到的固体于290℃焙烧，冷却，取焙烧物，加水溶解，过滤，再加盐酸酸化至pH小于6.5；
故答案为：加水溶解，过滤，再加盐酸酸化至pH小于6.5；
③氨水发除铁，除铁过程中，引入杂质NH₄⁺；
故答案为：引入杂质NH₄⁺；
（3）过程Ⅲ的目的是除铅，用活泼金属置换不活泼金属，加入锰，将铅离子置换与溶液分离，自身生成锰离子，不引入杂质；
故答案为：锰；
（4）m₁gMnCl₂•xH₂O置于氮气氛围中加热至失去全部结晶水时，生成MnCl₂质量为m₂g，则n（MnCl₂）=$\frac{{m}_{2}}{131}$nol，结晶水的质量为（m₁-m₂）g，n（H₂O）=$\frac{{m}_{1}-{m}_{2}}{18}$，则1：x=n（MnCl₂）：n（H₂O），解得x=$\frac{{7（{m_1}-{m_2}）}}{m_2}$；
故答案为：$\frac{{7（{m_1}-{m_2}）}}{m_2}$．

点评 本题考查了物质制备方案设计，为高频考点，侧重于学生的分析、实验能力的考查，题目涉及离子方程式的书写、物质组成的计算等知识，题目难度中等，注意把握实验的流程、相关物质的性质以及题目信息．