题目内容

【题目】锰是重要的合金材料和催化剂,在工农业生产和科技领域有广泛的用途。将废旧锌锰电池回收处理后,将含MnO2MnOOHZn(OH)2及少量Fe的废料进行回收处理,能实现资源的再生利用。用该废料制备ZnMnO2的一种工艺流程如图:

已知:Mn2+在酸性条件下比较稳定,pH高于5.5时易被O2氧化。

回答下列问题

(1)还原焙烧过程中,MnOOH与炭黑反应,锰元素被还原为MnO,该反应的化学方程式为_____

(2)滤渣1主要成分的化学式是________

(3)净化阶段

①为了除掉滤渣2中的元素,选择最佳的加入试剂为______(填序号)。

A.氯水 BO2 C.氨水 DMnCO3

②已知室温下,Ksp[Mn(OH)2]=10-13Ksp[Fe(OH)3]=1×10-38Ksp[Zn(OH)2]=10-17。净化时溶液中Mn2+Zn2+的浓度约为0. 1mol·L-1调节pH的合理范围是______

(4)MnO2Li2CO341的物质的量比配料,混合搅拌,然后升温至600C~750°C 制取产品LiMn2O4。写出该反应的化学方程式________

(5)LiMn2O4材料常制作成可充电电池(如图),该电池的总反应为

①充电时,锰酸锂为电池的_______(填正极”“负极”“阴极阳极该电极上发生的电极反应式为______________

②该电池作为电源放电时,若电路中转移0.2mol e-,则石墨电极将减重____________

【答案】2MnOOH+C2MnO+CO+H2O C BD 3pH<5.5 8MnO2+2Li2CO34LiMn2O4+2CO2+O2 阳极 LiMn2O4-xe-== Li1-xMn2O4+xLi+ 1.4

【解析】

MnO2MnOOHZn(OH)2及少量Fe的废料中加入过量炭黑,进行还原焙烧,生成COH2OMnOFeZn等;再加入稀硫酸酸浸,滤渣1C,滤液中含有FeSO4ZnSO4MnSO4等;净化时,需将Fe2+氧化为Fe3+,同时加入某试剂调节pH,将Fe3+转化为滤渣2,此时溶液中含有Mn2+Zn2+;电解获得ZnMnO2

(1)还原焙烧过程中,MnOOH与炭黑反应,锰元素被还原为MnO,同时生成CO和水,该反应的化学方程式为2MnOOH+C2MnO+CO↑+H2O↑。答案为:2MnOOH+C2MnO+CO+H2O

(2)焙烧所得固体中加入稀硫酸酸浸,只有炭黑不溶,所以滤渣1主要成分的化学式是C。答案为:C

(3)①由以上分析知,滤渣2Fe(OH)3,所以需加入氧化剂将Fe2+氧化为Fe3+,同时调节pH让其转化为沉淀,且尽可能不引入新的杂质,所以应选择最佳的加入试剂为BD。答案为:BD

②当Fe3+完全转化为沉淀时,c(Fe3+)=1×10-5mol/L,利用Ksp[Fe(OH)3]=1×10-38,可求出pH=3;当净化时溶液中Mn2+Zn2+的浓度约为0. 1mol·L-1,利用Ksp[Mn(OH)2]=10-13 Ksp[Zn(OH)2]=10-17,可求出pH=6pH=8,由于pH高于5.5Mn2+易被O2氧化,所以调节pH的合理范围是3pH<5.5。答案为:3pH<5.5

(4)MnO2Li2CO341的物质的量比配料,混合搅拌,然后升温至600C~750°C 制取产品LiMn2O4,则MnO2作氧化剂,同时应生成O2CO2,该反应的化学方程式8MnO2+2Li2CO34LiMn2O4+2CO2+O2。答案为:8MnO2+2Li2CO34LiMn2O4+2CO2+O2

(5)①充电时,从电子流动的方向看,锰酸锂失电子,为电池的阳极该电极上发生的电极反应式为LiMn2O4-xe-== Li1-xMn2O4+xLi+。答案为:LiMn2O4-xe-== Li1-xMn2O4+xLi+

②该电池作为电源放电时,发生反应为LixC+xe-==xLi+C,利用Li进行计算,若电路中转移0.2mol e-,则生成Li0.2mol,则石墨电极将减重0.2mol×7g/mol=1.4g。答案为:1.4

练习册系列答案
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消除汽车尾气中的NO、CO,有利于减少PM2.5的排放。已知如下信息:

2CO(g)+2NO(g)2CO2(g)+N2(g) ΔH1=-748kJ·mol-1

2CO(g)+O2(g)===2CO2(g) ΔH2=-565kJ·mol-1

(1)在一定条件下N2和O2会转化为NO,写出该反应的热化学方程式:_________

(2)为研究不同条件对反应的影响,在恒温条件下,向2L恒容密闭容器中加入0.2molNO和0.4mol CO,在催化剂存在的条件下发生反应,10min时反应达到平衡,测得10min内v(NO)=7.5×10-3mol·L-1·min-1,则平衡后n(CO)=________mol,关于该平衡的下列说法正确的是________

a.增大压强,平衡一定向右移动

b.其他条件不变,升高温度,化学反应速率一定增大

c.其他条件不变,若改为在恒压容器中进行,CO的平衡转化率比恒容条件下大

d.达到平衡后v(NO)=2v(N2)

(3)其他条件相同,t min时不同温度下测得NO的转化率如图所示。

A点的反应速度v________(填“>”、“<”或“=”)v,A、B两点反应的平衡常数较大的是________(填“A”或“B”)。

(4)已知HNO2的电离常数Ka=7.1×10-4mol·L-1

NH3·H2O的电离常数Kb=1.7×10-5mol·L-1

则0.1mol·L-1NH4NO2溶液中离子浓度由大到小的顺序是____________________________

常温下NO2-水解反应的平衡常数Kh________(保留两位有效数字)。

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