Question

某實驗小組對普通鋅錳廢干電池內的黑色固體進行探究，設計如下方案：

己知：I、普通鋅錳電池的黑色物質主要成分為MnO₂、NH₄Cl、ZnCl₂等物質。

II、氫氧化鋅為白色粉末，不溶于水，溶于酸、強堿溶液和氨水。

請回答以下問題：

（1）②操作的名稱是___________。

（2）某同學猜想溶液A的成分含有NH₄Cl和ZnCl₂，請你設計一個實驗方案，驗證其猜想正確，要求在答題卡上按下表格式寫出實驗操作、預期現象和結論。

限選試劑：蒸餾水、2moL·L^－1 HCI 、2 moL·L^－1 HNO₃ 、2 moL·L^－1 NH₃·H₂O、6 moL·L^－1 NaOH、0.1 moL·L^－1 KSCN、0.1 moL·L^－1 BaCl₂、0.1 moL·L^－1 AgNO₃、紫色石蕊試液、紅色石蕊試紙

實驗操作	預期現象	結論
步驟1：各取少量溶液A分裝a、b、c三支試管，往a試管，__ __________________________	有白色沉淀產生	說明溶液A含有Cl－
步驟2：往b試管，__________ __________________________	______________________	_______________________
步驟3：往c試管，__________ __________________________	先產生_______________, 后____________________	說明溶液A含有Zn2+

 

（3）取少量固體c放入試管，滴加入雙氧水，觀察到有氣體產生，寫出該反應的化學方程式：_______________。

（4）為測定廢干電池中二氧化錳的質量分數，進行下面實驗：準確稱取ag廢千電池固體，溶于稀硫酸，加入碘化鉀溶液，充分反應后，用bmol/L硫代硫酸鈉標準溶液滴定，用淀粉作指示劑，滴定至終點，重復實驗，平均消耗硫代硫酸鈉標準溶液的體積為vmL，則廢電池中二氧化錳的質量分數的計算表達式為：________________________________。

（滴定有關反應：MnO₂+2I^－+4H⁺=Mn²⁺+I₂+2H₂O；I₂+2S₂O₃^2－=2I^－+S₄O₆^2－）

 

Answer 1

【答案】

（17分）

（1）過濾 （2分）  

（2）（共11分，試劑不標濃度和用量不準確每空扣1分，用“適量”與“少量”均可，其他合理即給分）

實驗操作	預期現象	結論
步驟1：各取少量溶液A分裝a、b、c三支試管，往a試管，滴加適量0.1mol•L－1AgNO3（1分）和2moL•L－1 HNO3  （1分）	有白色沉淀產生	說明溶液A含有Cl－
步驟2：往b試管， 加入適量6moL•L－1NaOH（1分）加熱（1分），將濕潤的紅色石蕊試紙置于試管口附近（1分）	濕潤的紅色石蕊試紙變藍色 （1分）	說明溶液A含有NH4+ （1分）
步驟3：往c試管，逐滴加入2moL•L－1NH3·H2O 或 6moL•L－1NaOH （1分）至過量（1分）	先產生 白色沉淀 （1分），后 白色沉淀溶解 （1分）	說明溶液A含有Zn2+

 

（3）   （2分）

（4）     (2分)      

【解析】

試題分析：（1）依題意，普通鋅錳廢干電池內的黑色固體加足量蒸餾水溶解時，得到固液不相溶的混合物，二氧化錳不溶于水，氯化銨、氯化鋅是可溶性鹽，則操作②為過濾，將①所得混合物分離為溶液A和固體B，A的主要成分是氯化銨、氯化鋅，B的主要成分是二氧化錳；（2）檢驗溶液A的主要成分，就是設計實驗方案檢驗是否存在氯離子、銨根離子和鋅離子，氯離子常用稀硝酸和硝酸銀溶液檢驗，銨根離子常用熱氫氧化鈉溶液和濕潤的紅色石蕊試紙檢驗，鋅離子常用氫氧化鈉或氨水檢驗；步驟1：各取少量溶液A分裝a、b、c三支試管，往a試管，滴加適量0.1mol•L^－1AgNO₃和2moL•L^－1 HNO₃溶液，產生白色沉淀，說明溶液A含有Cl^－；步驟2：往b試管， 加入適量6moL•L^－1NaOH、加熱，將濕潤的紅色石蕊試紙置于試管口附近，濕潤的紅色石蕊試紙變藍色，說明溶液A含有NH₄⁺；步驟3：步驟3：往c試管，逐滴加入2moL•L^－1NH₃·H₂O 或 6moL•L^－1NaOH至過量，先產生 白色沉淀，后白色沉淀溶解，說明溶液A含有Zn²⁺；（3）二氧化錳固體受熱不能分解，則固體C的成分是二氧化錳，雙氧水在二氧化錳催化下，分解反應速率增大，生成水和氧氣；（4）依題意，由于n=c•V，則硫代硫酸鈉的物質的量為bv×10^—3mol；由于I₂+2S₂O₃^2－=2I^－+S₄O₆^2－中各物質的系數之比等于物質的量之比，則每次滴定消耗的I₂為 bv/2×10^—3mol；由于MnO₂+2I^－+4H⁺=Mn²⁺+I₂+2H₂O中各物質的系數之比等于物質的量之比，則樣品中MnO₂為 bv/2×10^—3mol；由于二氧化錳的式量為87，m=n•M，則樣品中MnO₂的質量為87bv/2×10^—3g；由于樣品的質量為ag，則樣品中MnO₂的質量分數的表達式為87bv/2a×10^—3×100%。

考點：考查探究實驗方案的設計和化學計算，涉及混合物分離提純的方法、設計多種離子的檢驗方案、過氧化氫的分解反應方程式、測定二氧化錳樣品的純度、滴定、物質的量濃度、溶液體積、物質的量在化學方程式計算中的應用、摩爾質量、質量、質量分數等。