Question

【題目】堿性鋅錳電池的工作原理:Zn+2MnO2+2H2O=2MnO(OH)+Zn(OH)2,其中的電解質溶液是KOH溶液。某課題組用廢舊鐵殼無汞堿性鋅錳電池為原料,制備一種新型材料MnxZn(1-x)Fe2O4,其工藝流程如圖所示:

(1)濾液A中溶質的電子式為____________。

(2)已知MnxZn(1-x)Fe2O4中錳元素的化合價與實驗室用二氧化錳制取氯氣時還原產物中錳元素的化合價相同，則鐵元素的化合價為_________。

(3)“溶渣”工序中稀硫酸與鐵反應生成的硫酸亞鐵可將+3價錳的化合物全部還原成Mn2+，寫出該反應的離子方程式:_____________________________。

(4)“調鐵”工序的目的是調整濾液中鐵離子的總濃度，使其中金屬元素的物質的量之比與產品的化學式MnxZn(1-X)Fe2O4相符合。

①寫出“調鐵"工序中發生反應的離子方程式:_________________,___________________。

②若測得濾液的成分為c(Mn2+)+c(Zn2+)=amol.L-1,c(Fe2+)+c(Fe3+)=bmol.L-1，濾液體積為1m3,“調鐵”工序中，需加入的鐵粉質量為________kg(忽略溶液體積變化，用含a、b的代數式表示)。

(5)在“氧化"工序中，加入雙氧水的目的是把Fe2+氧化為Fe3+;生產過程中發現實際消耗雙氧水的量大于理論值,其可能原因除溫度外，主要是_______________。

(6)用氨水“調pH"后,經“結晶”“過濾”可得到產品和濾液C,從濾液C中還可分離出一種氮肥，該氮肥的溶液中的離子濃度由小到大的順序為_____________________。

Answer 1

【答案】 +3 MnO(OH)+Fe2++3H+=Mn2++Fe3++2H2O Fe+2Fe3+=3Fe2+ Fe+2H+=Fe2++H2↑ 112a-56b 生成的Fe3+催化了雙氧水的分解 (OH-)＜c(H+)＜c(SO42-)＜c(NH4+)

【解析】

廢舊無汞堿性鋅錳電池為原料，制備一種新型材料MnxZn(1-x)Fe2O4，廢舊電池加入水浸取過濾得到濾液A和濾渣，濾渣加入過量稀硫酸熔渣后加入鐵，稀硫酸與鐵反應生成的硫酸亞鐵可將+3價錳的化合物全部還原成Mn2+，過濾得到濾渣B和濾液，測定濾液成分，“調鐵”工序的目的是調整溶液中鐵離子的總濃度，使其中金屬元素的物質的量之比與產品的化學式MnxZn(1-x)Fe2O4相符合，加入過氧化氫氧化亞鐵離子生成鐵離子，用氨水“調pH”后，經“結晶”“過濾”可得到產品和濾液C，從濾液C中還可分離出一種氮肥為硫酸銨，據此解答。

(1)濾液A中溶質是KOH，含有離子鍵和共價鍵，電子式為。

(2)已知MnxZn(1-x)Fe2O4中錳元素的化合價與實驗室用二氧化錳制取氯氣時的還原產物中的錳的化合價相同，可知Mn為+2價，鋅+2價、氧元素-2價，則根據化合價代數和為0可知鐵元素的化合價為+3；

(3)“溶渣”工序中稀硫酸與鐵反應生成的硫酸亞鐵可將+3價錳的化合物全部還原成Mn2+，該反應的離子方程式為MnO(OH)+Fe2++3H+=Mn2++Fe3++2H2O。

(4)①“調鐵"工序中發生反應的離子方程式為Fe+2Fe3+=3Fe2+、Fe+2H+=Fe2++H2↑。

②n（Mn2+）+n（Zn2+）=a molL-1×1000L=1000amol，已有鐵元素bmol/L×1000L=1000bmol，由電荷守恒可知MnxZn(1-x)Fe204中含Fe2O42-為1000amol，其中鐵元素的物質的量為1000amol×2=2000amol，還需加入鐵的物質的量為2000amol-1000bmol，質量為（2000amol-1000bmol）mol×56g/mol=（112a-56b）kg。

(5)在“氧化"工序中，加入雙氧水的目的是把Fe2+氧化為Fe3+，生產過程中發現實際消耗雙氧水的量大于理論值，其可能原因除溫度外，主要是生成的Fe3+催化了雙氧水的分解。

(6)用氨水“調pH”后，經“結晶”“過濾”可得到產品和濾液C，從濾液C中還可分離出一種氮肥為硫酸銨，銨根離子水解溶液顯酸性，離子濃度為c(OH-)＜c(H+)＜c(SO42-)＜c(NH4+)。