Question

11．面对日益严重的环境问题，“变废为宝”是化学发展的一个重要方向．例如用废旧酸性锌锰干电池经破碎后的锰粉[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锰（MnCO₃），工艺流程如下图所示：

沉淀物	Fe（OH）2	Fe（OH）3	Mn（OH）2	Zn（OH）2
沉淀开始时pH	7.5	2.2	8.8	6.5
沉淀完全时pH	9.5	3.7	10.8	8.5

根据以上信息回答问题：
（1）过滤Ⅰ得到的滤渣主要成分是碳黑．
（2）流程中氧化后加入NaOH溶液调节pH的范围为8.5＜pH＜8.8，其作用是除去Fe³⁺、Zn²⁺．
（3）过滤Ⅱ后滤液中阳离子主要是Mn²⁺．
（4）过滤①中，滤液B含NH₄Cl，则生成的气体A是CO₂．
（5）请写出酸性锌锰干电池生成锰粉中给出产物的总反应式Zn+2MnO₂+2NH₄Cl=2MnOOH+Zn（NH₃）₂Cl₂．
（6）将4.00g锰粉完全按照上述工艺流程②生产MnO₂，并以此测定其中锰元素的含量．
首先向制取的MnO₂中加入过量酸化的0.50mol/LH₂C₂O₄ 50.00ml，MnO₂完全溶解，并产生A气体，写出该反应的离子方程式：MnO₂+H₂C₂O₄+2H⁺=Mn²⁺+2CO₂↑+2H₂O．然后用0.1mol/LKMnO₄溶液滴定过量的H₂C₂O₄溶液（产物与上反应一致），滴定终点时消耗KMnO₄溶液 30.00mL，求锰粉中的锰元素质量分数是24.06%（保留2位有效数字）．

Answer 1

分析 锰粉[含MnO₂、MnO（OH）、Zn（NH₃）₂Cl₂、Fe、NH₄Cl和炭黑等]在浓盐酸中加热、浸取，发生MnO₂+4H⁺+2Cl^-$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Mn²⁺+Cl₂↑+2H₂O、2MnO（OH）+6HCl=2MnCl₂+Cl₂↑+3H₂O、Fe+2HCl=FeCl₂+H₂↑等反应，过滤后所得滤渣为碳黑，滤液中含有Mn²⁺、Fe²⁺、NH₄⁺、Zn²⁺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在8.5＜pH＜8.8之间可除去Fe³⁺、Zn²⁺，过滤后所得滤液Ⅱ主要为Mn²⁺，滤液Ⅱ中H₂O₂溶液，在一定条件下使Mn²⁺转化成MnO₂，经过滤、洗涤、干燥可得MnO₂，滤液Ⅱ中加入碳酸氢铵饱和溶液，发生反应Mn²⁺+2HCO₃^-=MnCO₃+CO₂↑+H₂O，得到碳酸锰沉淀、氯化铵溶液和气体A为CO₂，以此解答该题．

解答 解：锰粉[含MnO₂、MnO（OH）、Zn（NH₃）₂Cl₂、Fe、NH₄Cl和炭黑等]在浓盐酸中加热、浸取，发生MnO₂+4H⁺+2Cl^-$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Mn²⁺+Cl₂↑+2H₂O、2MnO（OH）+6HCl=2MnCl₂+Cl₂↑+3H₂O、Fe+2HCl=FeCl₂+H₂↑等反应，过滤后所得滤渣为碳黑，滤液中含有Mn²⁺、Fe²⁺、NH₄⁺、Zn²⁺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在8.5＜pH＜8.8之间可以除去Fe³⁺、Zn²⁺，过滤后所得滤液Ⅱ主要为Mn²⁺，滤液Ⅱ中H₂O₂溶液，在一定条件下使Mn²⁺转化成MnO₂，经过滤、洗涤、干燥可得MnO₂，滤液Ⅱ中加入碳酸氢铵饱和溶液，发生反应Mn²⁺+2HCO₃^-=MnCO₃+CO₂↑+H₂O，得到碳酸锰沉淀、氯化铵溶液和气体A为CO₂，
（1）根据上面的分析可知，过滤Ⅰ得到的滤渣主要成分是碳黑，
故答案为：碳黑；  
（2）流程中氧化后加入NaOH溶液调节pH的范围为8.5＜pH＜8.8，其作用是除去Fe³⁺、Zn²⁺，
故答案为：除去Fe³⁺、Zn²⁺；
（3）过滤Ⅱ后滤液中阳离子主要是Mn²⁺，
故答案为：Mn²⁺；
（4）根据上面的分析可知，气体A是 CO₂，
故答案为：CO₂；
（5）请写出酸性锌锰干电池生成锰粉中给出产物的总反应式 Zn+2MnO₂+2NH₄Cl=2MnOOH+Zn（NH₃）₂Cl₂，
故答案为：Zn+2MnO₂+2NH₄Cl=2MnOOH+Zn（NH₃）₂Cl₂；
（6）MnO₂与H₂C₂O₄ 发生氧化还原反应生成锰离子与二氧化碳，反应的离子方程式为MnO₂+H₂C₂O₄+2H⁺=Mn²⁺+2CO₂↑+2H₂O，根据电子得失守恒可知关系式：2KMnO₄～5H₂C₂O₄，由题意可知，与H₂C₂O₄反应的KMnO₄的物质的量为0.1mol/L×0.03L=0.003mol，则被KMnO₄氧化的H₂C₂O₄的物质的量为0.0075mol，H₂C₂O₄ 的总物质的量为0.50mol/L×0.05L=0.025mol，所以与二氧化锰反应的H₂C₂O₄ 的物质的量为0.025mol-0.0075mol=0.0175mol，则样品中二氧化锰的物质的量为0.0175mol，锰粉中的锰元素质量分数是$\frac{0.0175mol×55g/mol}{4g}$×100%=24.06%，
故答案为：MnO₂+H₂C₂O₄+2H⁺=Mn²⁺+2CO₂↑+2H₂O；24.06%．

点评 本题通过MnO₂及MnCO₃的制备，考查了物质制备实验方案的设计方法，题目难度较大，明确制备流程及相应的反应原理为解答关键，试题涉及的知识点较多、综合性较强，充分考查了学生的分析、理解能力及化学实验能力．