Question

鋅錳干電池由于其貯存和使用壽命較短，大都為一次性電池，用完之后被當作垃圾扔掉．這不僅浪費了寶貴的金屬資源，而且還會產生嚴重的環(huán)境污染．下表是各類電池的綜合成分分析結果：

元素	鋅	錳	鐵	銅	碳	其它
質量百分含量	13～27	14～28	23～26	0.5～0.7	5～6	13

通過簡單的機械處理，將電池中各組分進行最大在限度的分離，從而使整個處理過程得到簡化．再分別對鋅皮和錳粉（MnO₂）進行濕法處理，通過預處理、浸取、凈化等工序制出產品．工藝流程如下圖：
查閱資料知各離子沉淀完全的pH為

離子	Fe3+	Fe2+	Cu2+	Mn2+
pH	3.2	9.0	6.7	10.1

已知：鋅元素與鋁元素相似，具有兩性．

（一）在預處理中：
（1）分離鐵皮和鋅皮的方法是

 

；
（2）試寫出鋅皮與過量洗液反應的離子方程式：

 

．
（3）洗液加（NH₄）₂CO₃在pH=7.5沉淀出一種堿式鹽，請寫出該物質化學式

 

．
（二）二氧化錳生產中：
（4）寫出加入30%鹽酸溶解時的離子方程式

 

；
（5）鹽酸溶解后回收的渣主要是

 

；
（6）已知第二次加H₂O₂后調節(jié)pH≈9的目的為將Mn²⁺轉化為MnO₂，則第一次加H₂O₂后調節(jié)pH≈5，目的是

 

；
（三）硫酸鋅生產中：
（7）制備硫酸鋅中需要填充的操作步驟是

 

．

Answer 1

考點：物質分離和提純的方法和基本操作綜合應用,制備實驗方案的設計

專題：實驗設計題

分析：金屬鐵可以被磁鐵吸引，分離鐵皮和鋅皮的方法可以采用磁選法，金屬鋅和鐵皮的分離過程中，金屬鋅和強堿反應，但是金屬鐵不反應，可以加入洗液氫氧化鈉，過濾，得到濾渣即為鐵，根據錳粉和鋅皮的處理流程知道：向錳粉中加入鹽酸，MnO₂+4H⁺+2Cl^-

△   .

Mn²⁺+Cl₂↑+2H₂O，其中碳不溶于鹽酸，溶解后回收的渣主要是碳黑，向濾液中加入雙氧水，可以將其中的雜質亞鐵離子氧化成鐵離子，根據表中數據，調節(jié)pH≈5，將鐵離子完全沉淀，得到的濾液再次加入堿和雙氧水后調節(jié)pH≈9的目的為將Mn²⁺轉化為MnO₂，烘干可得到二氧化錳；向鋅皮中加入鹽酸溶解，濾去不溶物質，向濾液中加入雙氧水，調節(jié)pH，將鐵離子沉淀除去，加入金屬鋅，發(fā)生置換反應得到硫酸鋅，加硫酸酸化，將溶液蒸發(fā)濃縮、冷卻結晶可以得到硫酸鋅的晶體．
（1）分離鐵和鋅可以用磁鐵吸引鐵分離；
（2）鋅元素與鋁元素相似，具有兩性，可以和強堿反應；
（3）分析流程加（NH₄）₂CO₃在pH=7.5沉淀出一種堿式鹽為堿式碳酸鋅；
（4）二氧化錳在濃鹽酸溶液中加熱反應生成氯化錳、氯氣和水；
（5）碳不溶于鹽酸；
（6）第一次加H₂O₂后調節(jié)pH≈5的目的是氧化亞鐵離子為鐵離子，使鐵離子形成氫氧化鐵沉淀除去；
（7）溶液經過蒸發(fā)結晶、過濾、洗滌、干燥就可以得到其晶體．

解答： 解：金屬鐵可以被磁鐵吸引，分離鐵皮和鋅皮的方法可以采用磁選法，金屬鋅和鐵皮的分離過程中，金屬鋅和強堿反應，但是金屬鐵不反應，可以加入洗液氫氧化鈉，過濾，得到濾渣即為鐵，根據錳粉和鋅皮的處理流程知道：向錳粉中加入鹽酸，MnO₂+4H⁺+2Cl^-

△   .

Mn²⁺+Cl₂↑+2H₂O，其中碳不溶于鹽酸，溶解后回收的渣主要是碳黑，向濾液中加入雙氧水，可以將其中的雜質亞鐵離子氧化成鐵離子，根據表中數據，調節(jié)pH≈5，將鐵離子完全沉淀，得到的濾液再次加入堿和雙氧水后調節(jié)pH≈9的目的為將Mn²⁺轉化為MnO₂，烘干可得到二氧化錳；向鋅皮中加入鹽酸溶解，濾去不溶物質，向濾液中加入雙氧水，調節(jié)pH，將鐵離子沉淀除去，加入金屬鋅，發(fā)生置換反應得到硫酸鋅，加硫酸酸化，將溶液蒸發(fā)濃縮、冷卻結晶可以得到硫酸鋅的晶體．
（1）在預處理中，分離鐵皮和鋅皮的方法是磁選法或用磁鐵吸；故答案為：磁選法；
（2）鋅元素與鋁元素相似，具有兩性，可以和洗液氫氧化鈉反應，即Zn+2OH^-=ZnO₂^2-+H₂↑，故答案為：Zn+2OH^-=ZnO₂^2-+H₂↑；
（3）洗液加（NH₄）₂CO₃在pH=7.5沉淀出一種堿式鹽，該物質是堿式碳酸鋅，化學式為Zn₂（OH）2CO₃；
故答案為：Zn₂（OH）₂CO₃；
（4）二氧化錳生產中，加入30%鹽酸溶解時，生成氯化錳和氯氣，離子方程式為：MnO₂+4H⁺+2Cl^-

△   .

Mn²⁺+Cl₂↑+2H₂O；
故答案為：MnO₂+4H⁺+2Cl^-

△   .

Mn²⁺+Cl₂↑+2H₂O；
（5）其中碳不溶于鹽酸，所以鹽酸溶解后回收的渣主要是碳黑（或碳），故答案為：碳黑（或碳）；
（6）第一次加H₂O₂后，將亞鐵離子氧化成鐵離子，調節(jié)pH≈5，將鐵離子完全沉淀；故目的是除去Fe²⁺和Fe³⁺；
故答案為：除去Fe²⁺和Fe³⁺；
（7）硫酸鋅溶液經過蒸發(fā)結晶，然后是過濾、洗滌、干燥就可以得到其晶體，故答案為：結晶．

點評：本題以堿性鋅錳電池為依據考查了物質的分離和提純原理方法、氧化還原反應方程式書寫、分解反應等，注意流程中的信息；難度較大．