题目内容

1．以锌锰废电池剖开、筛分得到的碳包（含碳粉、Fe、Cu、Ag和MnO2等物质）为原料，回收MnSO4•H2O的工艺流程如下：

表1 酸的种类对浸取率的影响
 酸的种类 浓度锌的浸取率/%  锰的浸取率/% 
 硫酸 1：1 96.2 95.1
 盐酸 1：1 95.1 94.6
 硝酸 1：1 94.5 94.7
 磷酸 1：1 58.4 42.3
表2 酸的浓度对浸取率的影响
 浓度 锌的浸取率/% 锰的浸取率/% 
 1：1 96.2 95.1
 1：2 90.4 88.5
 1：3 87.3 82.4
（1）为提高黑色混合物的溶解速率，可采取的措施有粉碎碳包、升高温度、不断搅拌等．
（2）烘炒MnO2和炭粉的混合物，用到的操作为B（填写选项序号）．

（3）①根据表中信息，可推知，酸浸步骤中，选择的酸的种类为硫酸，理由是磷酸的浸取率最低，而硫酸、盐酸、硝酸的浸取率差不多，硫酸稍高一点，且本实验要制取硫酸锰；
②酸的浓度对浸取率也有影响，从表中信息可知，应选择酸的浓度为1：1；
③酸浸过程中，常加入铝粉作还原剂，原因是3MnO2+12H++2Al=2Al3++3Mn2++6H2O（用离子方程式表示）．
（4）调pH时，请根据表格数据选择pH的调节范围：5.2≤PH＜7.8．
  Mn（OH）2 Al（OH）3
 开始沉淀完全沉淀 开始沉淀 完全沉淀  开始溶解 完全溶解
PH  8.29.8 3.7 5.2 7.8 10.0 
（5）Zn（OH）2也可以在NaOH溶液中溶解，离子方程式为Zn（OH）2+2OH-=ZnO22-+2H2O；
（6）碳包中二氧化锰平均含量为33%，则锰的回收率表达式为$\frac{87b}{169×0.33a}$×100%．

分析 碳包（含碳粉、Fe、Cu、Ag和MnO2等物质）加水溶解、过滤，得到二氧化锰和碳粉的固体混合物，含有Fe、Cu、Ag等杂质，固体用硫酸酸浸，同时用铝作还原剂，过滤得含有硫酸锰、硫酸铁、硫酸铝的溶液，调节溶液的PH值，使铝离子、铁离子沉淀完全，过滤得滤液为硫酸锰溶液，经蒸发浓缩、降温结晶、过滤、洗涤、烘干等操作可得硫酸锰晶体，
（1）根据影响反应速率的因素，判断采取的措施；
（2）灼烧固体应在坩埚中进行；
（3）根据酸浸时，锰的浸取率高选择酸及其浓度，在酸中铝能还原二氧化锰生成锰离子；
（4）调节PH值的目的是使铝离子和铁离子沉淀完全，而不能使锰离子沉淀，据此确定PH值的范围；
（5）Zn（OH）2在NaOH溶液中溶解，发生类似氢氧化铝在氢氧化钠中的反应，据此书写离子方程式；
（6）碳包中二氧化锰平均含量为33%，所以锰元素的质量为33%a，bgMnSO4•H2O晶体中锰元素的质量为$\frac{55}{169}b$，据此计算锰的回收率．

解答 解：碳包（含碳粉、Fe、Cu、Ag和MnO2等物质）加水溶解、过滤，得到二氧化锰和碳粉的固体混合物，含有Fe、Cu、Ag等杂质，固体用硫酸酸浸，同时用铝作还原剂，过滤得含有硫酸锰、硫酸铁、硫酸铝的溶液，调节溶液的PH值，使铝离子、铁离子沉淀完全，过滤得滤液为硫酸锰溶液，经蒸发浓缩、降温结晶、过滤、洗涤、烘干等操作可得硫酸锰晶体，
（1）根据影响反应速率的因素可知，提高黑色混合物的溶解速率，可采取的措施有粉碎碳包、升高温度、不断搅拌等，
故答案为：粉碎碳包、升高温度、不断搅拌等；
（2）灼烧固体应在坩埚中进行，故选B；
（3）根据题中的数据可知，酸浸时，用硫酸时锰的浸取率高，因为磷酸的浸取率最低，而硫酸、盐酸、硝酸的浸取率差不多，硫酸稍高一点，且本实验要制取硫酸锰，酸的浓度为1：1时，锰的浸取率也是最高，在酸中铝能还原二氧化锰生成锰离子，反应的离子方程式为3MnO2+12H++2Al=2Al3++3Mn2++6H2O，
故答案为：硫酸；磷酸的浸取率最低，而硫酸、盐酸、硝酸的浸取率差不多，硫酸稍高一点，且本实验要制取硫酸锰；1：1；3MnO2+12H++2Al=2Al3++3Mn2++6H2O；
（4）调节PH值的目的是使铝离子和铁离子沉淀完全，而不能使锰离子沉淀，所以调节溶液PH值的范围为5.2≤PH＜7.8，
故答案为：5.2≤PH＜7.8；
（5）Zn（OH）2在NaOH溶液中溶解，发生类似氢氧化铝在氢氧化钠中的反应，反应的离子方程式为Zn（OH）2+2OH-=ZnO22-+2H2O，
故答案为：Zn（OH）2+2OH-=ZnO22-+2H2O；
（6）碳包中二氧化锰平均含量为33%，所以锰元素的质量为$\frac{55}{87}$×33%a，bgMnSO4•H2O晶体中锰元素的质量为$\frac{55}{169}b$，锰的回收率为$\frac{\frac{55}{169}b}{\frac{55}{87}a×33%a}$×100%=$\frac{87b}{169×0.33a}$×100%，
故答案为：$\frac{87b}{169×0.33a}$×100%．

点评 本题考查了物质制备方案设计，题目涉及化学原理 的应用、实验基本操作、离子方程式的书写、化学计算等知识，题目难度中等，侧重于考查学生对基础知识的综合应用能力．

练习册系列答案
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A．AB．BC．CD．D
10．某实验小组探究工业上废渣（主要成分为Cu2S和Fe2O3）的综合利用，过程如下：

（1）该小组同学设计如图1装置模拟废渣在过量氧气中焙烧，并验证废渣中含有硫元素．
①在实验室中，图2装置可以作为装置A的是ac．
②证明废渣中含有硫元素的实验现象是装置E中品红溶液褪色．
③装置F中生成白色沉淀的离子方程式为2SO2+O2+2H2O+2Ba2+=2BaSO4↓+4H+．
（2）某同学将上述实验中灼烧后的固体A进行如下操作：

①固体B的成分是Fe、Cu（填化学式）．
②由溶液B得到绿矾的过程中应该进行的操作是蒸发浓缩，冷却结晶、过滤、洗涤、干燥．
③为测定产品中绿矾的质量分数，称取30.0g样品配成250mL溶液，取25.00mL溶液于锥形瓶中，用0.10mol•L-1的酸性KMnO4溶液进行滴定，反应为10FeSO4+8H2SO4+2KMnO4═2MnSO4+5Fe（SO4）3+K2SO4+8H2O．实验所得数据如表所示．
滴定次数1234
消耗酸性KMnO4溶液的体积/mL19.1020.0219.9820.00
Ⅰ．第1组实验数据出现异常，造成这种异常的原因可能是ac（填字母）．
a．量取绿矾溶液的酸式滴定管用蒸馏水洗净后未用标准液润洗
b．锥形瓶洗净后未干燥
c．滴定终点时俯视读数
d．滴定前尖嘴有气泡，滴定后气泡消失
Ⅱ．根据表中数据，产品中绿矾的质量分数为92.7%．
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A．原子半径Q＞R＞T
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