Question

某实验小组对普通锌锰废干电池内的黑色固体进行探究，设计如下方案：

己知：I、普通锌锰电池的黑色物质主要成分为MnO₂、NH₄Cl、ZnCl₂等物质。

II、氢氧化锌为白色粉末，不溶于水，溶于酸、强碱溶液和氨水。

请回答以下问题：

（1）②操作的名称是___________。

（2）某同学猜想溶液A的成分含有NH₄Cl和ZnCl₂，请你设计一个实验方案，验证其猜想正确，要求在答题卡上按下表格式写出实验操作、预期现象和结论。

限选试剂：蒸馏水、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、紫色石蕊试液、红色石蕊试纸

实验操作	预期现象	结论
步骤1：各取少量溶液A分装a、b、c三支试管，往a试管，__ __________________________	有白色沉淀产生	说明溶液A含有Cl^－
步骤2：往b试管，__________ __________________________	______________________	_______________________
步骤3：往c试管，__________ __________________________	先产生_______________, 后____________________	说明溶液A含有Zn^2+

（3）取少量固体c放入试管，滴加入双氧水，观察到有气体产生，写出该反应的化学方程式：_______________。

（4）为测定废干电池中二氧化锰的质量分数，进行下面实验：准确称取ag废千电池固体，溶于稀硫酸，加入碘化钾溶液，充分反应后，用bmol/L硫代硫酸钠标准溶液滴定，用淀粉作指示剂，滴定至终点，重复实验，平均消耗硫代硫酸钠标准溶液的体积为vmL，则废电池中二氧化锰的质量分数的计算表达式为：________________________________。

（滴定有关反应：MnO₂+2I^－+4H⁺=Mn²⁺+I₂+2H₂O；I₂+2S₂O₃^2－=2I^－+S₄O₆^2－）

Answer

（17分）

（1）过滤 （2分）  

（2）（共11分，试剂不标浓度和用量不准确每空扣1分，用“适量”与“少量”均可，其他合理即给分）

实验操作

预期现象

结论

步骤1：各取少量溶液A分装a、b、c三支试管，往a试管，滴加适量0.1mol•L－1AgNO3（1分）和2moL•L－1 HNO3  （1分）

 有白色沉淀产生

说明溶液A含有Cl－

步骤2：往b试管， 加入适量6moL•L－1NaOH（1分）加热（1分），将湿润的红色石蕊试纸置于试管口附近（1分） 

 湿润的红色石蕊试纸变蓝色

（1分）

 说明溶液A含有NH4+ （1分）

步骤3：往c试管，逐滴加入2moL•L－1NH3·H2O 或 6moL•L－1NaOH （1分）至过量（1分）

先产生 白色沉淀 （1分），后 白色沉淀溶解 （1分）

 说明溶液A含有Zn2+

（3）   （2分）

（4）     (2分)      

【解析】

试题分析：（1）依题意，普通锌锰废干电池内的黑色固体加足量蒸馏水溶解时，得到固液不相溶的混合物，二氧化锰不溶于水，氯化铵、氯化锌是可溶性盐，则操作②为过滤，将①所得混合物分离为溶液A和固体B，A的主要成分是氯化铵、氯化锌，B的主要成分是二氧化锰；（2）检验溶液A的主要成分，就是设计实验方案检验是否存在氯离子、铵根离子和锌离子，氯离子常用稀硝酸和硝酸银溶液检验，铵根离子常用热氢氧化钠溶液和湿润的红色石蕊试纸检验，锌离子常用氢氧化钠或氨水检验；步骤1：各取少量溶液A分装a、b、c三支试管，往a试管，滴加适量0.1mol•L－1AgNO3和2moL•L－1 HNO3溶液，产生白色沉淀，说明溶液A含有Cl－；步骤2：往b试管， 加入适量6moL•L－1NaOH、加热，将湿润的红色石蕊试纸置于试管口附近，湿润的红色石蕊试纸变蓝色，说明溶液A含有NH4+；步骤3：步骤3：往c试管，逐滴加入2moL•L－1NH3·H2O 或 6moL•L－1NaOH至过量，先产生 白色沉淀，后白色沉淀溶解，说明溶液A含有Zn2+；（3）二氧化锰固体受热不能分解，则固体C的成分是二氧化锰，双氧水在二氧化锰催化下，分解反应速率增大，生成水和氧气；（4）依题意，由于n=c•V，则硫代硫酸钠的物质的量为bv×10—3mol；由于I2+2S2O32－=2I－+S4O62－中各物质的系数之比等于物质的量之比，则每次滴定消耗的I2为 bv/2×10—3mol；由于MnO2+2I－+4H+=Mn2++I2+2H2O中各物质的系数之比等于物质的量之比，则样品中MnO2为 bv/2×10—3mol；由于二氧化锰的式量为87，m=n•M，则样品中MnO2的质量为87bv/2×10—3g；由于样品的质量为ag，则样品中MnO2的质量分数的表达式为87bv/2a×10—3×100%。

考点：考查探究实验方案的设计和化学计算，涉及混合物分离提纯的方法、设计多种离子的检验方案、过氧化氢的分解反应方程式、测定二氧化锰样品的纯度、滴定、物质的量浓度、溶液体积、物质的量在化学方程式计算中的应用、摩尔质量、质量、质量分数等。