Question

2．锰锌铁氧体可制备隐形飞机上吸收雷达波的涂料．以废旧锌锰电池为原料制备锰 锌铁氧体（Mn_x Zn_1-xFe₂O₃）的主要流程如图1，请回答下列问题：

（1）酸浸时，二氧化锰被双氧水还原的化学方程式为MnO₂+H₂O₂+H₂SO₄=MnSO₄+O₂↑+2H₂O
（2）活性铁粉除汞时，铁粉的作用是还原剂
（填“氧化剂”或“还原剂”或“吸附剂”）．
（3）除汞是以氮气为载气吹人滤液中，带出汞蒸汽经KMn0₄溶液进行吸收而实现的．图2 是KMn0₄溶液处于不同pH时对应Hg的单位时间去除率变化图，图中物质为Hg与 MnO₄^-在该pH范围内反应的主要产物．
①pH＜6时反应的离子方程式为5Hg+2MnO₄^-+16H⁺=5Hg²⁺+2Mn²⁺+8H₂O；
②请根据该图给出pH对汞去除率影响的变化规律：随pH的升高汞的吸收率先降低后增加．
③强酸性环境下汞的单位时间去除率高的原因之一是：KMn0₄在酸性条件下氧化性增强； 另一个原因可能是Mn²⁺具有催化作用，强酸性环境下汞的单位时间去除率高．（不考虑反应过程温度的变化）
（4）当x=0.2时，所得到的锰锌铁氧体对雷达波的吸收能力特别强，试用氧化物的形式表示该锰锌铁氧体的组成MnO•4ZnO•5Fe₂O₃．
（5）经测定滤液成分后，需加人一定量的MnS0₄和铁粉，其目的是调节滤液离子的成分，符合水热后获得锰锌铁氧化体组成．

Answer 1

分析 废电池酸浸得到滤液中液中主要金属阳离子有Mn²⁺、Hg²⁺、Zn²⁺，加入铁粉除Hg，吹出汞蒸汽经KMnO₄溶液吸收，除汞后的滤液中含有硫酸锌、硫酸亚铁、硫酸锰等，加入MnSO₄和铁粉，调节滤液离子的成分，煮沸除去双氧水，再水热，进行后处理，也能得到锰锌铁氧体，
（1）酸浸时，双氧水被氧化生成氧气，二氧化锰还原生成硫酸锰，反应还有水生成；
（2）利用铁粉把Hg还原出来；
（3）①由图可知，pH＜6时Hg与酸性高锰酸钾反应生成Hg²⁺、Mn²⁺；
②由图可知，随pH值的升高汞的去除率先降低后增加；
③酸性条件下有Mn²⁺生成，可能是Mn²⁺具有催化作用；
（4）Mn为+2价、Zn为+2价，利用化合价代数和为0，计算Fe元素化合价，再结合Mg、Zn、Fe原子数目之比改写为氧化物形式；
（5）除汞后的滤液中含有硫酸锌、硫酸亚铁、硫酸锰、硫酸等，不加入MnSO₄和铁粉，进行后续操作，也能得到锰锌铁氧体，而实际中加入需加入一定量的MnSO₄和铁粉，应是调节滤液离子的成分，符合水热后获得锰锌铁氧化体组成．

解答 解：废电池酸浸得到滤液中液中主要金属阳离子有Mn²⁺、Hg²⁺、Zn²⁺，加入铁粉除Hg，吹出汞蒸汽经KMnO₄溶液吸收，除汞后的滤液中含有硫酸锌、硫酸亚铁、硫酸锰等，加入MnSO₄和铁粉，调节滤液离子的成分，煮沸除去双氧水，再水热，进行后处理，也能得到锰锌铁氧体，
（1）酸浸时，双氧水被氧化生成氧气，二氧化锰还原生成硫酸锰，反应还有水生成，反应方程式为：MnO₂+H₂O₂+H₂SO₄=MnSO₄+O₂↑+2H₂O，
故答案为：MnO₂+H₂O₂+H₂SO₄=MnSO₄+O₂↑+2H₂O；
（2）铁粉具有还原性，能把汞离子还原为汞单质，所以铁粉的作用是还原剂，故答案为：还原剂；
（3）①由图可知，pH＜6时Hg与酸性高锰酸钾反应生成Hg²⁺、Mn²⁺，反应离子方程式为：5Hg+2MnO₄^-+16H⁺=5Hg²⁺+2Mn²⁺+8H₂O，
故答案为：5Hg+2MnO₄^-+16H⁺=5Hg²⁺+2Mn²⁺+8H₂O；
②由图象可知，汞的吸收率随着PH的增大先降低后增加，
故答案为：随pH的升高汞的吸收率先降低后增加；
③不考虑酸性条件下氧化性增强因素，酸性条件下有Mn²⁺生成，可能是Mn²⁺具有催化作用，强酸性环境下汞的单位时间去除率高，
故答案为：Mn²⁺具有催化作用，强酸性环境下汞的单位时间去除率高；
（4）Mn为+2价、Zn为+2价，当x=0.2时，利用化合价代数和为0，可知Fe元素化合价为+3，改写为氧化物形式为：MnO•4ZnO•5Fe₂O₃，
故答案为：MnO•4ZnO•5Fe₂O₃；
（5）除汞后的滤液中含有硫酸锌、硫酸亚铁、硫酸锰、硫酸等，不加入MnSO₄和铁粉，进行后续操作，也能得到锰锌铁氧体，而实际中加入需加入一定量的MnSO₄和铁粉，应是调节滤液离子的成分，符合水热后获得锰锌铁氧化体组成，
故答案为：调节滤液离子的成分，符合水热后获得锰锌铁氧化体组成．

点评 本题考查物质制备，为高频考点，侧重考查学生分析、实验操作及知识运用能力，涉及氧化还原反应、物质分离和提纯等知识点，明确流程图中各个部分发生的反应及基本操作方法是解本题关键，题目难度中等．