Question

4．锰锌铁氧体是应用广泛的高性能磁性材料．现以a kg废旧碱性锌锰电池为原料（含锰元素的物质：MnO₂占b%，MnOOH占c%）制备锰锌铁氧体，主要流程如图1：

（1）酸浸废电池时，被溶解生成Zn²⁺的物质有Zn、Zn（OH）₂，SO₂的作用是D（填字母编号）．
A．漂白剂         B．沉淀剂          C．氧化剂         D．还原剂
（2）除汞是以氮气为载体吹入滤液带出汞蒸汽，经KMnO₄溶液吸收而实现的．图2是KMnO₄溶液处于不同pH时对应的单位时间Hg去除率变化图，图中物质为Hg与MnO₄^-在该pH范围反应的主要产物．
①pH＜6时反应的离子方程式为5Hg+2MnO₄^-+16H⁺=5Hg²⁺+2Mn²⁺+8H₂O．
②汞的去除速率随pH变化的规律是随pH增大，汞的去除速率先减小后增大．
（3）锌锰干电池中MnO₂可以用碳酸锰在空气中煅烧制得．
已知25℃，101 kPa时：2MnO（s）+O₂（g）═2MnO₂（s）△H=-272.0kJ/mol
MnCO₃（s）═MnO（s）+CO₂（g）△H=+116.6kJ/mol
碳酸锰在空气中煅烧反应生成MnO₂的热化学方程式是2MnCO₃（s）+O₂（g）═2MnO₂（s）+2CO₂（g）△H=-38.8kJ/mol．
（4）x=0.2的锰锌铁氧体具有较高的饱和磁场强度，该锰锌铁氧体的组成用氧化物形式（最简整数比）表示为MnO•4ZnO•5Fe₂O₃．若制得这种锰锌铁氧体的质量为100kg，在制取过程中不考虑损耗，需补充硫酸锰晶体（MnSO₄•H₂O）169×（ $\frac{20}{239}-\frac{ab%}{87}-\frac{ac%}{88}$） kg．（只列出计算式）

Answer 1

分析 以含锰废旧碱性锌锰电池为原料制备锰锌铁氧体，二氧化硫能与二氧化锰反应生成硫酸锰，过滤除去不溶性杂质碳粉等，滤液中加入铁粉，铁粉具有还原性，能把汞离子还原为汞单质，除去汞，吹出的汞用高锰酸钾溶液吸收，除汞后的溶液加入铁粉、硫酸锰煮沸，纯化烧结得到锰锌铁氧体．
（1）锌锰电池酸浸废电池时，被溶解生成Zn²⁺的物质有Zn、Zn（OH）₂，SO₂的作用是还原剂；
（2）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）依据热化学方程式和盖斯定律计算得到所需热化学方程式；
（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；结合锰原子守恒可知，补充硫酸锰晶体锰的物质的量等于锰锌铁氧体晶体中锰的物质的量与原废旧碱性锌锰电池中锰元素的物质的量之和，进而计算需补充硫酸锰晶体质量．

解答 解：（1）碱性锌锰干电池工作原理为：Zn+2MnO₂+2H₂O=Zn（OH）₂+2MnOOH，酸浸废电池时，锌被溶解生成Zn²⁺，Zn（OH）₂被溶解生成Zn²⁺，二氧化硫能与二氧化锰反应生成硫酸锰，SO₂的作用是还原剂，
故答案为：Zn、Zn（OH）₂；D；
（2）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的增大先减小后增大，
故答案为：随pH增大，汞的去除速率先减小后增大；
（3）2MnO（s）+O₂（g）═2MnO₂（s）△H=-272.0kJ/mol①
MnCO₃（s）═MnO（s）+CO₂（g）△H=+116.6kJ/mol②
将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；
故答案为：2MnCO₃（s）+O₂（g）═2MnO₂（s）+2CO₂（g）△H=-38.8 kJ/mol；
（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，若制得这种锰锌铁氧体的质量为100kg，则锰的物质的量为$\frac{100×0.2}{239}$mol，a kg废旧碱性锌锰电池为原料（含锰元素的物质：MnO₂占b%，MnOOH占c%），所含的锰的物质的量为$\frac{a×b%}{87}+\frac{a×c%}{88}$ mol，所以需补充硫酸锰晶体质量169×（ $\frac{20}{239}-\frac{ab%}{87}-\frac{ac%}{88}$），
故答案为：MnO•4ZnO•5Fe₂O₃；169×（ $\frac{20}{239}-\frac{ab%}{87}-\frac{ac%}{88}$），

点评 本题考查锰锌铁氧体制备工艺，侧重考查物质的分离提纯、对操作的分析评价、读图获取信息能力等，侧重考查学生对知识的迁移运用，题目难度中等．