题目内容

【题目】二氧化锰是制造锌锰干电池的基本材料,工业上以软锰矿、菱锰矿为原料来制备。某软锰矿主要成分为MnO2,还含有Si(16.27%)、Fe(5.86%)、Al(3.42%)、Zn(2.68%)和Cu(0.86%)等元素的化合物,其处理流程图如下:

化合物

Al(OH)3

Fe(OH)2

Fe(OH)3

Ksp近似值

10-31

10-16

10-38

(1)硫酸亚铁在酸性条件下将MnO2还原为MnSO4,酸浸时发生的主要反应的化学方程式为_____________________________________________________________。

(2)“氨水、搅拌”,其中“搅拌”不仅能加快反应速率,还能___________________________;滤渣A的成分是Fe(OH)3、Al(OH)3,加入氨水需调节pH至少达到____________,恰好能使Fe3+、Al3+沉淀完全(当c≤10-5 mol·L-1时,认为该离子沉淀完全)。

(3)滤渣B的成分是______________。

(4)碱性锌锰电池中,MnO2参与的电极反应式为__________________________________。

(5)MnO2也可在MnSO4-H2SO4-H2O为体系的电解液中电解获得,其阳极反应式为___________________________________。

(6)工业上采用间接氧化还原滴定法测定MnO2纯度,其操作过程如下:准确称量0.920 0 g该样品,与足量酸性KI溶液充分反应后,配制成100 mL溶液。取其中10.00 mL,恰好与25.00 mL 0.080 0 mol·L-1Na2S2O3溶液反应(I2+2S2O===2I-+S4O)。计算可得该样品纯度为_____________。(保留一位小数)

【答案】MnO2+2FeSO4+2H2SO4===MnSO4+Fe2(SO4)3+2H2O 充分氧化过量的Fe2+ 5.3 CuS、ZnS MnO2+H2O+e-===MnO(OH)+OH-(或2MnO2+H2O+2e-===Mn2O3+2OH-) Mn2+-2e-+2H2O===MnO2+4H+ 94.6%

【解析】

(1)硫酸亚铁在酸性条件下将MnO2还原为MnSO4,亚铁离子被氧化为铁离子,酸浸时发生的主要反应的化学方程式为MnO2+2FeSO4+2H2SO4=MnSO4+Fe2(SO4)3+2H2O;

综上所述,本题答案是:MnO2+2FeSO4+2H2SO4=MnSO4+Fe2(SO4)3+2H2O。

(2)由于酸浸过程中加入了过量的亚铁离子,因此搅拌可以使溶液充分接触氧气使亚铁离子被氧化,故搅拌的目的是:充分氧化过量的亚铁离子;比较氢氧化铝和氢氧化铁的Ksp可知, Fe3+先沉淀, Al3+后沉淀,要想使Fe3+和Al3+恰好完全沉淀,则c(Al3+)小于等于10-5 mol·L-1,根据Ksp=c(Al3+)×c3(OH-)=10-31,10-5×c3(OH)=10-31,c(OH-)≈10-8.7,c(H+)=10-5.3,pH=5.3;因此加入氨水需调节pH至少达到5.3,恰好能使Fe3+、Al3+沉淀完全;

综上所述,本题答案是:充分氧化过量的Fe2+;5.3。

(3)加入氨水后过滤所得滤液中还含有铜离子、锌离子,再加入硫化锰后,铜离子、锌离子与硫离子结合产生更难溶的CuS、ZnS沉淀,因此滤渣B的成分是CuS、ZnS;

综上所述,本题答案是:CuS、ZnS。

(4)碱性环境下,MnO2在正极发生还原反应,生成MnO(OH)或Mn2O3,电极反应式为MnO2+H2O+e-=MnO(OH)+OH-(或2MnO2+H2O+2e-=Mn2O3+2OH-);

综上所述,本题答案是:MnO2+H2O+e-=MnO(OH)+OH-(或2MnO2+H2O+2e-=Mn2O3+2OH-),

(5)酸性环境下,Mn2+在阳极发生氧化反应生成MnO2,反应式为Mn2+-2e-+2H2O=MnO2+4H+ ;

综上所述,本题答案是:Mn2+-2e-+2H2O=MnO2+4H+。

(6)根据反应:MnO2+4H++2I-= Mn2++2H2O+ I2,I2+2S2O32-=2I-+S4O62-得到关系MnO2~I2~2 S2O32-;由题干可知,n(MnO2)=1/2×(100/10)×0.025×0.0800 mol =0.01mol,其质量为0.01 mol×87g/mol=0.87g;因此样品纯度为0.87g÷0.92g×100%=94.6%;

综上所述,本题答案是:94.6%。

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