碱*锌锰电池的工作原理：Zn+2MnO2+2H2O2MnO(OH)+Zn(OH)2，其中的电解质溶液是KOH溶...

问题详情：

碱*锌锰电池的工作原理：Zn+2MnO2+2H2O2MnO(OH)+Zn(OH)2，其中的电解质溶液是KOH溶液。某课题组用废旧铁壳无*碱*锌锰电池为原料，制备一种新型材料——MnxZn(1−x)Fe2O4，其工艺流程如图所示：

(1)已知MnxZn(1−x)Fe2O4中锰元素的化合价与实验室用二氧化锰制取*气时还原产物中的锰相同，则铁元素的化合价为___________。

(2)“溶渣”工序中稀硫*与铁反应生成的硫*亚铁可将+3价锰的化合物全部还原成Mn2+，写出该反应的离子方程式：_________________________________。

(3)“调铁”工序的目的是调整滤液中铁离子的总浓度，使其中金属元素的物质的量之比与产品的化学式MnxZn(1−x)Fe2O4相符合。

①写出“调铁”工序中发生反应的离子方程式：______________________、_______。

②若测得滤液的成分为c(Mn2+)+c(Zn2+)=a mol·L−1，c(Fe2+)+c(Fe3+)=b mol·L−1，滤液体积为1 m3，“调铁”工序中，需加入的铁粉质量为___________kg(忽略溶液体积变化，用含a、b的代数式表示)。

(4)在“氧化”工序中，加入双氧水的目的是把 Fe 2+ 氧化为 Fe 3+；生产过程中发现实际消耗双氧水的量大于理论值，其可能原因除温度外，主要是______________________。

(5)用氨水“调pH”后，经“结晶”、“过滤”可得到产品和滤液C，从滤液C中还可分离出一种氮肥，该氮肥的溶液中离子浓度由大到小的排序为_______________。

【回答】

+3    MnO(OH)+Fe 2+ +3H += Mn 2+ +Fe 3+ +2H 2 O    Fe+2Fe 3+ =3Fe 2+    Fe+2H += Fe 2+ +H 2 ↑    112a−56b    生成的 Fe 3+ 催化了双氧水的分解    c(NH4+)>c(SO42—)>c(H + )>c(OH− )   

【分析】

由流程图可知，向用水洗涤的废旧电池滤渣中加入稀硫*，滤渣中的Fe和Zn(OH)2溶于稀硫*，反应生成的硫*亚铁在**条件下，与MnO(OH)发生氧化还原反应生成硫*铁、硫*锰，过滤得到含有硫*锌、硫*铁和硫*锰的**滤液，向滤液中加入铁粉调整滤液中铁离子的总浓度，使其中金属元素的物质的量之比与产品的化学式MnxZn(1−x)Fe2O4相符合，再加入双氧水将Fe 2+氧化为Fe 3+，用氨水调pH后，经结晶、过滤得到产品MnxZn(1−x)Fe2O4。

【详解】

（1）由题意可知，MnxZn(1−x)Fe2O4中锰元素的化合价为+2价，设铁元素化合价为+a，由化合价代数和为零可得：（+2）×x+（+2）×（1—x）+（+a）×2+（—2）×4=0，解得a=3，故*为+3；

（2）由题意可知，硫*亚铁与MnO(OH)在**条件下发生氧化还原反应，硫*亚铁被氧化生成硫*铁，MnO(OH)被还原为硫*锰，反应的离子方程式为MnO(OH)+Fe 2+ +3H += Mn 2+ +Fe 3+ +2H 2O，故*为MnO(OH)+Fe 2+ +3H += Mn 2+ +Fe 3+ +2H 2O；

（3）①“调铁”工序中，加入的铁粉与溶液中的Fe 3+和H+反应，反应时，氧化*较强的Fe 3+与Fe反应生成Fe 2+，Fe 3+完全反应后，H+与Fe反应生成Fe 2+和H2，反应的离子方程式为Fe+2Fe 3+ =3Fe 2+和Fe+2H += Fe 2+ +H2↑，故*为Fe+2Fe 3+ =3Fe 2+；Fe+2H += Fe 2+ +H2↑；

②由MnxZn(1−x)Fe2O4得化学式可知，，设加入的铁粉为xmol，依据题意可得（a mol·L−1×103 L）:(b mol·L−1×103 L +x) =1:2，解得x=(2a-b)×103 mol，则加入的铁粉质量为(2a-b)×103 mol×56g/mol=56(2a-b)×103g=56(2a-b)kg，故*为56(2a-b)；

(4)在“氧化”工序中，双氧水把 Fe 2+ 氧化为Fe 3+，反应生成的Fe 3+可以做催化剂，使双氧水催化分解，成为除温度外，导致实际消耗双氧水的量大于理论值的因素，故*为生成的 Fe 3+ 催化了双氧水的分解；

（5）由流程图可知，反应中加入了稀硫*和氨水，滤液C中一定含有可以做氮肥的硫*铵，硫*铵溶液中由于铵根离子水解使溶液显**，溶液中有c(H + )>c(OH− )，但是由于水解程度小，溶液中有c(NH4+)>c(SO42—)，则溶液中离子浓度由大到小的排序为，故*为c(NH4+)>c(SO42—)>c(H + )>c(OH− )；

【点睛】

本题主要考查化学工艺流程，考查分析问题与解决问题的能力，集元素化合物知识基本概念和基本理论于一体，考查面广、综合*强，注意题给信息和流程中的反应原理分析是解答关键。

知识点：氧化还原反应方程式的配平

题型：综合题