Question

2．錳鋅鐵氧體可制備隱形飛機(jī)上吸收雷達(dá)波的涂料．以廢舊鋅錳電池為原料制備錳 鋅鐵氧體（Mn_x Zn_1-xFe₂O₃）的主要流程如圖1，請(qǐng)回答下列問題：

（1）酸浸時(shí)，二氧化錳被雙氧水還原的化學(xué)方程式為MnO₂+H₂O₂+H₂SO₄=MnSO₄+O₂↑+2H₂O
（2）活性鐵粉除汞時(shí)，鐵粉的作用是還原劑
（填“氧化劑”或“還原劑”或“吸附劑”）．
（3）除汞是以氮?dú)鉃檩d氣吹人濾液中，帶出汞蒸汽經(jīng)KMn0₄溶液進(jìn)行吸收而實(shí)現(xiàn)的．圖2 是KMn0₄溶液處于不同pH時(shí)對(duì)應(yīng)Hg的單位時(shí)間去除率變化圖，圖中物質(zhì)為Hg與 MnO₄^-在該pH范圍內(nèi)反應(yīng)的主要產(chǎn)物．
①pH＜6時(shí)反應(yīng)的離子方程式為5Hg+2MnO₄^-+16H⁺=5Hg²⁺+2Mn²⁺+8H₂O；
②請(qǐng)根據(jù)該圖給出pH對(duì)汞去除率影響的變化規(guī)律：隨pH的升高汞的吸收率先降低后增加．
③強(qiáng)酸性環(huán)境下汞的單位時(shí)間去除率高的原因之一是：KMn0₄在酸性條件下氧化性增強(qiáng)； 另一個(gè)原因可能是Mn²⁺具有催化作用，強(qiáng)酸性環(huán)境下汞的單位時(shí)間去除率高．（不考慮反應(yīng)過程溫度的變化）
（4）當(dāng)x=0.2時(shí)，所得到的錳鋅鐵氧體對(duì)雷達(dá)波的吸收能力特別強(qiáng)，試用氧化物的形式表示該錳鋅鐵氧體的組成MnO•4ZnO•5Fe₂O₃．
（5）經(jīng)測(cè)定濾液成分后，需加人一定量的MnS0₄和鐵粉，其目的是調(diào)節(jié)濾液離子的成分，符合水熱后獲得錳鋅鐵氧化體組成．

Answer 1

分析 廢電池酸浸得到濾液中液中主要金屬陽(yáng)離子有Mn²⁺、Hg²⁺、Zn²⁺，加入鐵粉除Hg，吹出汞蒸汽經(jīng)KMnO₄溶液吸收，除汞后的濾液中含有硫酸鋅、硫酸亞鐵、硫酸錳等，加入MnSO₄和鐵粉，調(diào)節(jié)濾液離子的成分，煮沸除去雙氧水，再水熱，進(jìn)行后處理，也能得到錳鋅鐵氧體，
（1）酸浸時(shí)，雙氧水被氧化生成氧氣，二氧化錳還原生成硫酸錳，反應(yīng)還有水生成；
（2）利用鐵粉把Hg還原出來(lái)；
（3）①由圖可知，pH＜6時(shí)Hg與酸性高錳酸鉀反應(yīng)生成Hg²⁺、Mn²⁺；
②由圖可知，隨pH值的升高汞的去除率先降低后增加；
③酸性條件下有Mn²⁺生成，可能是Mn²⁺具有催化作用；
（4）Mn為+2價(jià)、Zn為+2價(jià)，利用化合價(jià)代數(shù)和為0，計(jì)算Fe元素化合價(jià)，再結(jié)合Mg、Zn、Fe原子數(shù)目之比改寫為氧化物形式；
（5）除汞后的濾液中含有硫酸鋅、硫酸亞鐵、硫酸錳、硫酸等，不加入MnSO₄和鐵粉，進(jìn)行后續(xù)操作，也能得到錳鋅鐵氧體，而實(shí)際中加入需加入一定量的MnSO₄和鐵粉，應(yīng)是調(diào)節(jié)濾液離子的成分，符合水熱后獲得錳鋅鐵氧化體組成．

解答 解：廢電池酸浸得到濾液中液中主要金屬陽(yáng)離子有Mn²⁺、Hg²⁺、Zn²⁺，加入鐵粉除Hg，吹出汞蒸汽經(jīng)KMnO₄溶液吸收，除汞后的濾液中含有硫酸鋅、硫酸亞鐵、硫酸錳等，加入MnSO₄和鐵粉，調(diào)節(jié)濾液離子的成分，煮沸除去雙氧水，再水熱，進(jìn)行后處理，也能得到錳鋅鐵氧體，
（1）酸浸時(shí)，雙氧水被氧化生成氧氣，二氧化錳還原生成硫酸錳，反應(yīng)還有水生成，反應(yīng)方程式為：MnO₂+H₂O₂+H₂SO₄=MnSO₄+O₂↑+2H₂O，
故答案為：MnO₂+H₂O₂+H₂SO₄=MnSO₄+O₂↑+2H₂O；
（2）鐵粉具有還原性，能把汞離子還原為汞單質(zhì)，所以鐵粉的作用是還原劑，故答案為：還原劑；
（3）①由圖可知，pH＜6時(shí)Hg與酸性高錳酸鉀反應(yīng)生成Hg²⁺、Mn²⁺，反應(yīng)離子方程式為：5Hg+2MnO₄^-+16H⁺=5Hg²⁺+2Mn²⁺+8H₂O，
故答案為：5Hg+2MnO₄^-+16H⁺=5Hg²⁺+2Mn²⁺+8H₂O；
②由圖象可知，汞的吸收率隨著PH的增大先降低后增加，
故答案為：隨pH的升高汞的吸收率先降低后增加；
③不考慮酸性條件下氧化性增強(qiáng)因素，酸性條件下有Mn²⁺生成，可能是Mn²⁺具有催化作用，強(qiáng)酸性環(huán)境下汞的單位時(shí)間去除率高，
故答案為：Mn²⁺具有催化作用，強(qiáng)酸性環(huán)境下汞的單位時(shí)間去除率高；
（4）Mn為+2價(jià)、Zn為+2價(jià)，當(dāng)x=0.2時(shí)，利用化合價(jià)代數(shù)和為0，可知Fe元素化合價(jià)為+3，改寫為氧化物形式為：MnO•4ZnO•5Fe₂O₃，
故答案為：MnO•4ZnO•5Fe₂O₃；
（5）除汞后的濾液中含有硫酸鋅、硫酸亞鐵、硫酸錳、硫酸等，不加入MnSO₄和鐵粉，進(jìn)行后續(xù)操作，也能得到錳鋅鐵氧體，而實(shí)際中加入需加入一定量的MnSO₄和鐵粉，應(yīng)是調(diào)節(jié)濾液離子的成分，符合水熱后獲得錳鋅鐵氧化體組成，
故答案為：調(diào)節(jié)濾液離子的成分，符合水熱后獲得錳鋅鐵氧化體組成．

點(diǎn)評(píng) 本題考查物質(zhì)制備，為高頻考點(diǎn)，側(cè)重考查學(xué)生分析、實(shí)驗(yàn)操作及知識(shí)運(yùn)用能力，涉及氧化還原反應(yīng)、物質(zhì)分離和提純等知識(shí)點(diǎn)，明確流程圖中各個(gè)部分發(fā)生的反應(yīng)及基本操作方法是解本題關(guān)鍵，題目難度中等．