Question

15．工业上利用软锰矿（主要成分为MnO₂）用来制备“锰白”（MnCO₃）和电极材料锰酸锂（LiO₂•2MnO₂•Mn₂O₃），期其工艺流程如图：

（1）“浸出”过程中SO₂作用是将MnO₂还原为Mn²⁺．
（2）为使原料充分利用，滤液中c（Mn²⁺）应当小于3.0×10^-6  mol•L^-1．已知：常温下MnCO₃的K_ap=9.0×^10-12．
（3）写出软锰矿与Li₂CO₃发生“高温还原”的化学方程式：2Li₂CO₃+8MnO₂$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$LiO₂•2MnO₂•Mn₂O₃+2CO₂↑+O₂↑．
（4）锰酸锂（（LiO₂•2MnO₂•Mn₂O₃，M=362g•mol^-1）中掺入LiMnO₂能大幅提高电容量，实验室测定某电极材料中两者配比的操作步骤如下；准确称取2.012g的试样于锥形瓶中，加入5mL稀硫酸充分溶解；向上述所得溶液中加入10.00mL2.000mol•L^-1草酸钠（Na₂C₂O₄）标准溶液，搅拌至溶液清亮，并定容至250mL；从容量瓶中取出25.00mL溶液，用0.01mol•L^-1KMnO₄标准溶液滴定，消耗KMnO₄标准溶液20.00mL．
通过计算两者物质的量之比（写出计算过程）．
已知实验中设计的相关氧化还原反应如下：
①Mn²⁺+C₂O₄^2-→Mn²⁺+2CO₂↑②Mn⁴⁺+C₂O₄^2-→Mn²⁺+2CO₂↑③MnO₄^-+C₂O₄^2-+H⁺→Mn²⁺+2CO₂↑（均未配平）

Answer 1

分析 向软锰矿（主要成分为MnO₂）中加入稀硫酸并通入二氧化硫，MnO₂与SO₂作用生成硫酸锰，向硫酸锰溶液中加入碳酸钠，得到MnCO₃沉淀，过滤、洗涤、干燥得到MnCO₃，
向软锰矿（主要成分为MnO₂）中加入Li₂CO₃发生高温还原反应，自然冷却可得LiO₂•2MnO₂•Mn₂O₃，据此分析解答．

解答 解：（1）向软锰矿（主要成分为MnO₂）中加入稀硫酸并通入二氧化硫，MnO₂与SO₂作用生成硫酸锰，二氧化硫将MnO₂还原为Mn²⁺；
故答案为：将MnO₂还原为Mn²⁺；
（2）已知：常温下MnCO₃的K_ap=c（Mn²⁺）•c（CO₃^2-）=9.0×10^-12，c（Mn²⁺）=c（CO₃^2-），则c（Mn²⁺）≤$\sqrt{9.0×1{0}^{-12}}$mol/L=3.0×10^-6；
故答案为：3.0×10^-6；
（3）软锰矿与Li₂CO₃得LiO₂•2MnO₂•Mn₂O₃，锰元素化合价降低，则氧元素化合价升高有氧气生成，化学反应为：2Li₂CO₃+8MnO₂$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$LiO₂•2MnO₂•Mn₂O₃+2CO₂↑+O₂↑；
故答案为：2Li₂CO₃+8MnO₂$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$LiO₂•2MnO₂•Mn₂O₃+2CO₂↑+O₂↑；
（4）n（KMnO₄）=0.01mol•L^-1×0.02L×（250÷25）=0.002mol，
n（Na₂C₂O₄）=2mol•L^-1×0.01L=0.02mol，
设LiO₂•2MnO₂•Mn₂O₃物质的量为x，LiMnO₂的物质的量为y，
362g•mol^-1×x+94g•mol^-1×y=2.012g，
由电子守恒：6x+y+0.02mol×5=0.04mol
解得：x=0.004mol  y=0.006mol，
故n（LiO₂•2MnO₂•Mn₂O₃）：n（LiMnO₂）=2：3；
答：锰酸锂（（LiO₂•2MnO₂•Mn₂O₃）与LiMnO₂物质的量之比2：3．

点评 本题考查了物质制备实验方案的设计和分析判断，涉及对实验流程的分析，溶度积的计算，物质含量测定等知识点，掌握题干信息和计算应用是解题关键，题目难度中等．