Question

废旧碱性锌锰干电池内部的黑色物质A主要含有MnO₂、NH₄Cl、ZnCl₂，还有少量的FeCl₂和炭粉，用A制备高纯MnCO₃的流程图如下．

（1）碱性锌锰干电池的负极材料是

 

（填化学式）．
（2）第Ⅰ步操作得滤渣的成分是

 

；第Ⅱ步操作的目的是

 

．
（3）步骤Ⅲ中制得MnSO₄，该反应的化学方程式为

 

．
（4）第Ⅳ步操作是对滤液a进行深度除杂，除去Zn²⁺的离子方程式为

 

．
（已知：Ksp（MnS）=2.5×10^-13，Ksp（ZnS）=1.6×10^-24）
（5）已知：MnCO₃难溶于水和乙醇，潮湿时易被空气氧化，100℃时开始分解；Mn（OH）₂开始沉淀时pH为7.7．
第V步系列操作可按以下步骤进行：
操作l：加入试剂X，控制pH＜7.7
操作2：过滤，用少量水洗涤2～3次
操作3：检测滤液
操作4：用少量无水乙醇洗涤2～3次
操作5：低温烘干．
①试剂X是

 

；
②操作3中，说明SO₄^2-已除干净的方法是

 

．

Answer 1

考点：制备实验方案的设计

专题：实验设计题

分析：废旧碱性锌锰干电池内部的黑色物质A主要含有MnO₂、NH₄Cl、ZnCl₂，还有少量的FeCl₂和炭粉，加水溶解、过滤、洗涤，滤液中含有NH₄Cl、ZnCl₂、FeCl₂，滤渣为
MnO₂和碳粉，加热至恒重，碳转化为二氧化碳气体，再向黑色固体M中加稀硫酸和30%的过氧化氢溶液，过滤，滤液a为硫酸锰溶液，再加MnS除去溶液中少量的锌离子，过滤得到硫酸锰溶液，然后得到碳酸锰；
（1）碱性锌锰干电池中失电子的为负极；
（2）MnO₂和碳粉均不能溶于水，除去碳粉可以加热；
（3）MnO₂与稀H₂SO₄、H₂O₂反应生成硫酸锰；
（4）根据沉淀的转化分析；
（5）MnSO₄溶液操作1为加入碳酸钠溶液，生成MnCO₃沉淀；过滤，用少量水洗涤2～3次；然后检验是否洗涤干净；由于MaCO₃难溶于水和乙醇，潮湿时易被空气氧化，再用少量乙醇洗涤滤渣；低温烘干得到纯净的MnCO₃；
操作1：加入Na₂CO₃把MnSO₄转化为MnCO₃；
操作3：利用SO₄^2-和Ba²⁺反应生成硫酸钡白色沉淀，来检验滤液中是否含有SO₄^2-．

解答： 解：废旧碱性锌锰干电池内部的黑色物质A主要含有MnO₂、NH₄Cl、ZnCl₂，还有少量的FeCl₂和炭粉，加水溶解、过滤、洗涤，滤液中含有NH₄Cl、ZnCl₂、FeCl₂，滤渣为MnO₂和碳粉，加热至恒重，碳转化为二氧化碳气体，再向黑色固体M中加稀硫酸和30%的过氧化氢溶液，过滤，滤液a为硫酸锰溶液，再加MnS除去溶液中少量的锌离子，过滤得到硫酸锰溶液，然后得到碳酸锰；
（1）碱性锌锰干电池中失电子的为负极，则锌为负极，故答案为：Zn；
（2）MnO₂和碳粉均不能溶于水，过滤得到的滤渣为MnO₂和碳粉，除去碳粉可以加热，所以第Ⅱ步操作加热的目的是除去碳粉；
故答案为：MnO₂和碳粉；除去碳粉；
（3）MnO₂与稀H₂SO₄、H₂O₂反应生成硫酸锰，其反应的方程式为：MnO₂+H₂SO₄+H₂O₂=MnSO₄+O₂↑+2H₂O；
故答案为：MnO₂+H₂SO₄+H₂O₂=MnSO₄+O₂↑+2H₂O；
（4）已知：Ksp（MnS）=2.5×10^-13，Ksp（ZnS）=1.6×10^-24，MnS可以转化为ZnS，所以除去Zn²⁺可以用MnS，其离子方程式为：Zn²⁺+MnS=ZnS+Mn²⁺；
故答案为：Zn²⁺+MnS=ZnS+Mn²⁺；
（5）MnSO₄溶液中加入碳酸钠溶液，生成MnCO₃沉淀；过滤，用少量水洗涤沉淀2～3次；然后检验是否洗涤干净；由于MaCO₃难溶于水和乙醇，潮湿时易被空气氧化，再用少量乙醇洗涤滤渣；最后低温烘干得到纯净的MnCO₃；
操作1：若要把MnSO₄转化为MnCO₃，要加入Na₂CO₃；故答案为：Na₂CO₃；
操作3：利用SO₄^2-和Ba²⁺反应生成硫酸钡白色沉淀，来检验滤液中是否含有SO₄^2-，则操作为：取少量的最后一次洗液于试管中，再加入氯化钡溶液，观察是否浑浊，若无白色沉淀生成，说明SO₄^2-已经除尽；
故答案为：取少量的最后一次洗液于试管中，再加入氯化钡溶液，观察是否浑浊，若无白色沉淀生成，说明SO₄^2-已经除尽．

点评：本题考查了物质的分离提纯实验操作，涉及原电池原理、物质的分离、沉淀的转化、氧化还原反应、洗涤操作等，题目难度中等，侧重于考查学生的实验能力和对基础知识的应用能力．