Question

工業(yè)上，常用FeSO₄-H₂SO₄溶液浸出法從廢舊干電池中回收錳制備硫酸錳，既有效解決廢舊電池對環(huán)境的污染，又得到了有實際應用意義的錳資源．其工藝流程圖如下：（電池的組成為：Zn皮、碳包、Fe殼、碳棒及其它）

（1）為了加快堿式硫酸錳的溶解速率，可采取的措施有

 

；在此過程中需保持硫酸過量，其目的是

 

．
（2）該工藝流程中，溫度和時間對產(chǎn)品回收率的影響如圖所示：考慮到能耗和生產(chǎn)效率這兩個因素，選定的適宜溫度是

 

，反應時間為

 

．
（3）測定碳包中MnO₂的含量的實驗主要步驟為：
a、準確稱取樣品0.500g，加入50mL蒸餾水于燒杯中溶解．
b、加入4.000gKI，并滴加少量稀硫酸進行酸化，充分攪拌后，放置暗處．
c、15分鐘后滴加1mL0.5%淀粉溶液，用cmol/L的Na₂S₂O₃溶液進行滴定（發(fā)生的反應為：4I₂+S₂O₃^2-+5H₂O=8I^-+2SO₄^2-+10H⁺），記錄消耗Na₂S₂O₃溶液的體積．
d、重復實驗2-3次，取有效數(shù)據(jù)，求平均值得出消耗Na₂S₂O₃溶液的體積胃VmL．
①步驟b中發(fā)生反應的離子方程式為：

 

②步驟c中，到達滴定終點時的現(xiàn)象為：

 

③碳包中MnO₂的質(zhì)量分數(shù)為：

 

．

Answer 1

考點：金屬的回收與環(huán)境、資源保護,制備實驗方案的設(shè)計

專題：實驗題

分析：（1）除了Ca（OH）₂和NaCl外，其他的固體物質(zhì)，均是升高溫度，溶解度增大，或是攪拌也能加快溶解；MnSO₄是強酸弱堿鹽，Mn²⁺是弱堿陽離子，在水溶液中會水解；（2）從圖象可以看出，從80℃開始，回收率達到最高值并幾乎不再升高，此時應從耗能的角度來考慮；在60℃時，回收率達到最高值；
（3）①MnO₂中滴入KI后，在酸性環(huán)境下，MnO₂把I^-氧化為I₂，MnO₂被還原為Mn²⁺，據(jù)此寫出離子方程式；
②想步驟b所得的含I₂的溶液中滴加1mL0.5%淀粉溶，溶液變藍；步驟C中，用用cmol/L的Na₂S₂O₃溶液來滴定生成的I₂，當藍色變無色時，達滴定終點；
③由反應可知：4MnO₂ ～4I₂ ～Na₂S₂O₃ ，根據(jù)消耗的Na₂S₂O₃的物質(zhì)的量，求出MnO₂的物質(zhì)的量，從而求出碳包中MnO₂的質(zhì)量分數(shù)．

解答： 解：（1）除了Ca（OH）₂和NaCl外，其他的固體物質(zhì)，均是升高溫度，溶解度增大，為了加快堿式硫酸錳的溶解速率，可采取的措施有加熱，或是攪拌也能加快溶解；MnSO₄是強酸弱堿鹽，Mn²⁺是弱堿陽離子，在水溶液中會水解，故此過程中需保持硫酸過量，其目的是抑制硫酸錳的水解，故答案為：加熱或攪拌；抑制硫酸錳的水解；
（2）從圖象可以看出，從80℃開始，回收率達到最高值并幾乎不再升高，而溫度越高，耗能越多，從耗能的角度來考慮，應選定的適宜溫度是80℃；在60℃時，回收率達到最高值，時間延后后，回收率反而下降，故適宜的反應時間為60min，故答案為：80℃，60min；
（3）①MnO₂中滴入KI后，在酸性環(huán)境下，MnO₂把I^-氧化為I₂，MnO₂被還原為Mn²⁺，故離子方程式為：MnO₂+I^-+H⁺=Mn²⁺+I₂+2H₂O，故答案為：MnO₂+I^-+H⁺=Mn²⁺+I₂+2H₂O；
②想步驟b所得的含I₂的溶液中滴加1mL0.5%淀粉溶，溶液變藍；步驟C中，用cmol/L的Na₂S₂O₃溶液來滴定生成的I₂，故達滴定終點時，藍色變無色且半分鐘不恢復原色即達滴定終點，故答案為：溶液由藍色變?yōu)闊o色且半分鐘不恢復原色；
③滴定過程中消耗的Na₂S₂O₃的物質(zhì)的量n=CV=cmol/L×V×10^-3L=10^-3CVmol，設(shè)MnO₂的物質(zhì)的量為Xmol，
據(jù)反應可知：4MnO₂ ～4I₂ ～Na₂S₂O₃
            4                        1
            Xmol                     10^-3CVmol
可得：

4

X

=

1

10-3CV

解得X=4×10^-3CVmol
故MnO₂的質(zhì)量m=nM=4×10^-3CVmol×87g/mol=0.348CVg
故碳包中MnO₂的質(zhì)量分數(shù)=

0.348CVg

0.500g

×100%=69.6Cv%
故答案為：69.6Cv%

點評：本題考查了滴定過程中的有關(guān)計算和實驗操作以及氧化還原反應的書寫，根據(jù)滴定物質(zhì)之間的計量關(guān)系來進行計算，綜合性較強，但難度不大．