Question

1．以鋅錳廢電池剖開(kāi)、篩分得到的碳包（含碳粉、Fe、Cu、Ag和MnO₂等物質(zhì)）為原料，回收MnSO₄•H₂O的工藝流程如下：

表1 酸的種類對(duì)浸取率的影響

酸的種類	濃度	鋅的浸取率/%	錳的浸取率/%
硫酸	1：1	96.2	95.1
鹽酸	1：1	95.1	94.6
硝酸	1：1	94.5	94.7
磷酸	1：1	58.4	42.3

表2 酸的濃度對(duì)浸取率的影響

濃度	鋅的浸取率/%	錳的浸取率/%
1：1	96.2	95.1
1：2	90.4	88.5
1：3	87.3	82.4

（1）為提高黑色混合物的溶解速率，可采取的措施有粉碎碳包、升高溫度、不斷攪拌等．
（2）烘炒MnO₂和炭粉的混合物，用到的操作為B（填寫(xiě)選項(xiàng)序號(hào)）．

（3）①根據(jù)表中信息，可推知，酸浸步驟中，選擇的酸的種類為硫酸，理由是磷酸的浸取率最低，而硫酸、鹽酸、硝酸的浸取率差不多，硫酸稍高一點(diǎn)，且本實(shí)驗(yàn)要制取硫酸錳；
②酸的濃度對(duì)浸取率也有影響，從表中信息可知，應(yīng)選擇酸的濃度為1：1；
③酸浸過(guò)程中，常加入鋁粉作還原劑，原因是3MnO₂+12H⁺+2Al=2Al³⁺+3Mn²⁺+6H₂O（用離子方程式表示）．
（4）調(diào)pH時(shí)，請(qǐng)根據(jù)表格數(shù)據(jù)選擇pH的調(diào)節(jié)范圍：5.2≤PH＜7.8．

	Mn（OH）2		Al（OH）3
	開(kāi)始沉淀	完全沉淀	開(kāi)始沉淀	完全沉淀	開(kāi)始溶解	完全溶解
PH	8.2	9.8	3.7	5.2	7.8	10.0

（5）Zn（OH）₂也可以在NaOH溶液中溶解，離子方程式為Zn（OH）₂+2OH^-=ZnO₂^2-+2H₂O；
（6）碳包中二氧化錳平均含量為33%，則錳的回收率表達(dá)式為$\frac{87b}{169×0.33a}$×100%．

Answer 1

分析 碳包（含碳粉、Fe、Cu、Ag和MnO₂等物質(zhì)）加水溶解、過(guò)濾，得到二氧化錳和碳粉的固體混合物，含有Fe、Cu、Ag等雜質(zhì)，固體用硫酸酸浸，同時(shí)用鋁作還原劑，過(guò)濾得含有硫酸錳、硫酸鐵、硫酸鋁的溶液，調(diào)節(jié)溶液的PH值，使鋁離子、鐵離子沉淀完全，過(guò)濾得濾液為硫酸錳溶液，經(jīng)蒸發(fā)濃縮、降溫結(jié)晶、過(guò)濾、洗滌、烘干等操作可得硫酸錳晶體，
（1）根據(jù)影響反應(yīng)速率的因素，判斷采取的措施；
（2）灼燒固體應(yīng)在坩堝中進(jìn)行；
（3）根據(jù)酸浸時(shí)，錳的浸取率高選擇酸及其濃度，在酸中鋁能還原二氧化錳生成錳離子；
（4）調(diào)節(jié)PH值的目的是使鋁離子和鐵離子沉淀完全，而不能使錳離子沉淀，據(jù)此確定PH值的范圍；
（5）Zn（OH）₂在NaOH溶液中溶解，發(fā)生類似氫氧化鋁在氫氧化鈉中的反應(yīng)，據(jù)此書(shū)寫(xiě)離子方程式；
（6）碳包中二氧化錳平均含量為33%，所以錳元素的質(zhì)量為33%a，bgMnSO₄•H₂O晶體中錳元素的質(zhì)量為$\frac{55}{169}b$，據(jù)此計(jì)算錳的回收率．

解答 解：碳包（含碳粉、Fe、Cu、Ag和MnO₂等物質(zhì)）加水溶解、過(guò)濾，得到二氧化錳和碳粉的固體混合物，含有Fe、Cu、Ag等雜質(zhì)，固體用硫酸酸浸，同時(shí)用鋁作還原劑，過(guò)濾得含有硫酸錳、硫酸鐵、硫酸鋁的溶液，調(diào)節(jié)溶液的PH值，使鋁離子、鐵離子沉淀完全，過(guò)濾得濾液為硫酸錳溶液，經(jīng)蒸發(fā)濃縮、降溫結(jié)晶、過(guò)濾、洗滌、烘干等操作可得硫酸錳晶體，
（1）根據(jù)影響反應(yīng)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、升高溫度、不斷攪拌等，
故答案為：粉碎碳包、升高溫度、不斷攪拌等；
（2）灼燒固體應(yīng)在坩堝中進(jìn)行，故選B；
（3）根據(jù)題中的數(shù)據(jù)可知，酸浸時(shí)，用硫酸時(shí)錳的浸取率高，因?yàn)榱姿岬慕�取率最低，而硫酸、鹽酸、硝酸的浸取率差不多，硫酸稍高一點(diǎn)，且本實(shí)驗(yàn)要制取硫酸錳，酸的濃度為1：1時(shí)，錳的浸取率也是最高，在酸中鋁能還原二氧化錳生成錳離子，反應(yīng)的離子方程式為3MnO₂+12H⁺+2Al=2Al³⁺+3Mn²⁺+6H₂O，
故答案為：硫酸；磷酸的浸取率最低，而硫酸、鹽酸、硝酸的浸取率差不多，硫酸稍高一點(diǎn)，且本實(shí)驗(yàn)要制取硫酸錳；1：1；3MnO₂+12H⁺+2Al=2Al³⁺+3Mn²⁺+6H₂O；
（4）調(diào)節(jié)PH值的目的是使鋁離子和鐵離子沉淀完全，而不能使錳離子沉淀，所以調(diào)節(jié)溶液PH值的范圍為5.2≤PH＜7.8，
故答案為：5.2≤PH＜7.8；
（5）Zn（OH）₂在NaOH溶液中溶解，發(fā)生類似氫氧化鋁在氫氧化鈉中的反應(yīng)，反應(yīng)的離子方程式為Zn（OH）₂+2OH^-=ZnO₂^2-+2H₂O，
故答案為：Zn（OH）₂+2OH^-=ZnO₂^2-+2H₂O；
（6）碳包中二氧化錳平均含量為33%，所以錳元素的質(zhì)量為$\frac{55}{87}$×33%a，bgMnSO₄•H₂O晶體中錳元素的質(zhì)量為$\frac{55}{169}b$，錳的回收率為$\frac{\frac{55}{169}b}{\frac{55}{87}a×33%a}$×100%=$\frac{87b}{169×0.33a}$×100%，
故答案為：$\frac{87b}{169×0.33a}$×100%．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了物質(zhì)制備方案設(shè)計(jì)，題目涉及化學(xué)原理 的應(yīng)用、實(shí)驗(yàn)基本操作、離子方程式的書(shū)寫(xiě)、化學(xué)計(jì)算等知識(shí)，題目難度中等，側(cè)重于考查學(xué)生對(duì)基礎(chǔ)知識(shí)的綜合應(yīng)用能力．