Question

4．錳鋅鐵氧體是應用廣泛的高性能磁性材料．現(xiàn)以a kg廢舊堿性鋅錳電池為原料（含錳元素的物質(zhì)：MnO₂占b%，MnOOH占c%）制備錳鋅鐵氧體，主要流程如圖1：

（1）酸浸廢電池時，被溶解生成Zn²⁺的物質(zhì)有Zn、Zn（OH）₂，SO₂的作用是D（填字母編號）．
A．漂白劑         B．沉淀劑          C．氧化劑         D．還原劑
（2）除汞是以氮氣為載體吹入濾液帶出汞蒸汽，經(jīng)KMnO₄溶液吸收而實現(xiàn)的．圖2是KMnO₄溶液處于不同pH時對應的單位時間Hg去除率變化圖，圖中物質(zhì)為Hg與MnO₄^-在該pH范圍反應的主要產(chǎn)物．
①pH＜6時反應的離子方程式為5Hg+2MnO₄^-+16H⁺=5Hg²⁺+2Mn²⁺+8H₂O．
②汞的去除速率隨pH變化的規(guī)律是隨pH增大，汞的去除速率先減小后增大．
（3）鋅錳干電池中MnO₂可以用碳酸錳在空氣中煅燒制得．
已知25℃，101 kPa時：2MnO（s）+O₂（g）═2MnO₂（s）△H=-272.0kJ/mol
MnCO₃（s）═MnO（s）+CO₂（g）△H=+116.6kJ/mol
碳酸錳在空氣中煅燒反應生成MnO₂的熱化學方程式是2MnCO₃（s）+O₂（g）═2MnO₂（s）+2CO₂（g）△H=-38.8kJ/mol．
（4）x=0.2的錳鋅鐵氧體具有較高的飽和磁場強度，該錳鋅鐵氧體的組成用氧化物形式（最簡整數(shù)比）表示為MnO•4ZnO•5Fe₂O₃．若制得這種錳鋅鐵氧體的質(zhì)量為100kg，在制取過程中不考慮損耗，需補充硫酸錳晶體（MnSO₄•H₂O）169×（ $\frac{20}{239}-\frac{ab%}{87}-\frac{ac%}{88}$） kg．（只列出計算式）

Answer 1

分析 以含錳廢舊堿性鋅錳電池為原料制備錳鋅鐵氧體，二氧化硫能與二氧化錳反應生成硫酸錳，過濾除去不溶性雜質(zhì)碳粉等，濾液中加入鐵粉，鐵粉具有還原性，能把汞離子還原為汞單質(zhì)，除去汞，吹出的汞用高錳酸鉀溶液吸收，除汞后的溶液加入鐵粉、硫酸錳煮沸，純化燒結(jié)得到錳鋅鐵氧體．
（1）鋅錳電池酸浸廢電池時，被溶解生成Zn²⁺的物質(zhì)有Zn、Zn（OH）₂，SO₂的作用是還原劑；
（2）①由圖可知，pH＜6時Hg與酸性高錳酸鉀反應生成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）依據(jù)熱化學方程式和蓋斯定律計算得到所需熱化學方程式；
（4）Mn為+2價、Zn為+2價，利用化合價代數(shù)和為0，計算Fe元素化合價，再結(jié)合Mg、Zn、Fe原子數(shù)目之比改寫為氧化物形式；結(jié)合錳原子守恒可知，補充硫酸錳晶體錳的物質(zhì)的量等于錳鋅鐵氧體晶體中錳的物質(zhì)的量與原廢舊堿性鋅錳電池中錳元素的物質(zhì)的量之和，進而計算需補充硫酸錳晶體質(zhì)量．

解答 解：（1）堿性鋅錳干電池工作原理為：Zn+2MnO₂+2H₂O=Zn（OH）₂+2MnOOH，酸浸廢電池時，鋅被溶解生成Zn²⁺，Zn（OH）₂被溶解生成Zn²⁺，二氧化硫能與二氧化錳反應生成硫酸錳，SO₂的作用是還原劑，
故答案為：Zn、Zn（OH）₂；D；
（2）①由圖可知，pH＜6時Hg與酸性高錳酸鉀反應生成Hg²⁺、Mn²⁺，反應離子方程式為：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的增大先減小后增大，
故答案為：隨pH增大，汞的去除速率先減小后增大；
（3）2MnO（s）+O₂（g）═2MnO₂（s）△H=-272.0kJ/mol①
MnCO₃（s）═MnO（s）+CO₂（g）△H=+116.6kJ/mol②
將①+②×2可得：2MnCO₃（S）+O₂（g）═2MnO₂（S）+2CO₂（g）△H=[-272.0+2×（+116.6）]kJ/mol=-38.8 kJ/mol；
故答案為：2MnCO₃（s）+O₂（g）═2MnO₂（s）+2CO₂（g）△H=-38.8 kJ/mol；
（4）Mn為+2價、Zn為+2價，當x=0.2時，利用化合價代數(shù)和為0，可知Fe元素化合價為+3，改寫為氧化物形式為：MnO•4ZnO•5Fe₂O₃，若制得這種錳鋅鐵氧體的質(zhì)量為100kg，則錳的物質(zhì)的量為$\frac{100×0.2}{239}$mol，a kg廢舊堿性鋅錳電池為原料（含錳元素的物質(zhì)：MnO₂占b%，MnOOH占c%），所含的錳的物質(zhì)的量為$\frac{a×b%}{87}+\frac{a×c%}{88}$ mol，所以需補充硫酸錳晶體質(zhì)量169×（ $\frac{20}{239}-\frac{ab%}{87}-\frac{ac%}{88}$），
故答案為：MnO•4ZnO•5Fe₂O₃；169×（ $\frac{20}{239}-\frac{ab%}{87}-\frac{ac%}{88}$），

點評 本題考查錳鋅鐵氧體制備工藝，側(cè)重考查物質(zhì)的分離提純、對操作的分析評價、讀圖獲取信息能力等，側(cè)重考查學生對知識的遷移運用，題目難度中等．