Question

3．随着电子产品的增多，对废旧电池的处理迫在眉睫．某课题小组同学通过查阅资料，设计了从废旧锌锰干电池经过简单处理的锰粉（含MnO₂、Mn（OH）₂、Fe和黑炭等）中提取金属Mn，其工艺流程如图：

已知：
K${\;}_{sp（Fe（OH）_{2}）}$=4.87×10^-17
K${\;}_{sp（Fe（OH）_{3}）}$=1×10^-38
K${\;}_{sp（Mn（OH）_{2}）}$=1.0×10^-15
根据图流程及有关数据回答下列问题．
（1）H₂O₂和NaClO₃是常用氧化剂，H₂O₂的电子式为，NaClO₃中所含的化学键类型有离子键和共价键．
（2）对锰粉进行酸浸时所用的酸是浓盐酸（填名称）．实验室配制上述NaOH溶液480ml需要的玻璃仪器除烧杯、玻璃棒以外，还需要胶头滴管、500mL容量瓶、量筒．
（3）常温下，过滤I所得滤液经氧化后，加入NaOH溶液调节pH除去Fe³⁺，使滤液中的Fe³⁺沉淀完全（残留在溶液中的c（Fe³⁺）≤l0^-5mol/L），则需调节溶液的pH最小为3．
（4）过滤Ⅱ所得滤液加入NaCl03目的是将Mn²⁺氧化为MnO₂，发生的离子方程式为：
Mn²⁺+ClO₃^-+3Mn²⁺+ClO₃^-+3H₂O=MnO₂↓+Cl^-+3MnO₂↓++6H⁺+Cl^-    请完成并配平该反应．
（5）上述流程中由MnO₂制备Mn的化学方程式3MnO₂+4Al$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$3Mn+2Al₂O₃．
（6）-种质量比约为m（Mn）：m（Fe）=55：504的合金钢（其他元素略），具有抗御激烈冲击和磨损的能力，可作航母甲板等．欲通过铝热反应炼得这样的合金，则MnO₂、Fe₃O₄、Al的投料比（按物质的量之比）约为3：9：28．

Answer 1

分析 锰粉（含MnO₂、Mn（OH）₂、Fe和黑炭等）在浓盐酸中浸泡（为除去MnO₂可加热），发生MnO₂+4H⁺+2Cl^-$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Mn²⁺+Cl₂↑+2H₂O、Mn（OH）₂+2HCl=MnCl₂+2H₂O、Fe+2HCl=FeCl₂+H₂↑等反应，过滤不溶的C，所得滤液中含有Mn²⁺、Fe²⁺等离子，在滤液中加入适量过氧化氢和氢氧化钠，可将Fe²⁺转化为Fe³⁺，并生成Fe（OH）₃，控制溶液pH除去Fe³⁺，过滤后所得滤液主要为Mn²⁺，向滤液中加入NaClO₃，3Mn²⁺+ClO₃^-+3H₂O=3MnO₂↓++6H⁺+Cl^-，使Mn²⁺转化成MnO₂，经过滤、洗涤、干燥可得MnO₂，再与单质铝发生铝热反应3MnO₂+4Al$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$3Mn+2Al₂O₃，制得Mn，以此解答该题．

解答 解：（1）过氧化氢为共价化合物，电子式为：；NaClO₃离子化合物，其中所含的化学键类型有为离子键和共价键；
故答案为：；离子键和共价键；
（2）对锰粉进行酸浸时所用的酸是浓盐酸，配制NaOH溶液480ml需要的玻璃仪器有烧杯、玻璃棒、胶头滴管、500mL容量瓶、量筒；
故答案为：浓盐酸；胶头滴管、500mL容量瓶、量筒；
（3）已知：K${\;}_{sp（Fe（OH）_{3}）}$=1×10^-38，常温下，过滤I所得滤液经氧化后，加入NaOH溶液调节pH除去Fe³⁺，使滤液中的Fe³⁺沉淀完全，则c（OH^-）=$\root{3}{\frac{1×1{0}^{-38}}{1×1{0}^{-5}}}$=10^-11，则c（H⁺）=10^-3，pH=3；
故答案为：3；
（4）加入NaClO3目的是将Mn²⁺氧化为MnO₂，发生的离子方程式为：3Mn²⁺+ClO₃^-+3H₂O=3MnO₂↓++6H⁺+Cl^-；
故答案为：3Mn²⁺+ClO₃^-+3H₂O=3MnO₂↓++6H⁺+Cl^-；
（5）由Al和MnO₂制备Mn的化学方程式为：3MnO₂+4Al$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$3Mn+2Al₂O₃；
故答案为：3MnO₂+4Al$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$3Mn+2Al₂O₃；
（6）质量比约为m（Mn）：m（Fe）=55：504的合金钢中Mn元素和Fe元素的物质的量之比是1：9，根据原子守恒，投料MnO₂、Fe₃O₄的物质的量之比是1：3，根据铝热反应实质，MnO₂～$\frac{4}{3}$Al；Fe₃O₄～$\frac{8}{3}$Al，1molMnO₂和3molFe₃O₄消耗金属铝共$\frac{28}{3}$mol，所以MnO₂、Fe₃O₄、Al的投料比（按物质的量之比）约为1：3：$\frac{28}{3}$=3：9：28；
故答案为：3：9：28．

点评 本题考查了物质的制备，涉及对工艺流程的理解、氧化还原反应、对条件的控制选择与理解、溶度积的计算等，理解工艺流程原理是解题的关键，是对学生综合能力的考查，需要学生具备扎实的基础与灵活运用能力，题目难度中等．