Question

回收的废旧锌锰干电池经过处理后得到锰粉(含MnO₂、Mn(OH)₂、Fe、乙炔和黑炭等)，由锰粉制取MnO₂的步骤如下图所示。

根据上图所示步骤并参考表格数据，回答下列问题。

物 质	开始沉淀	沉淀完全
Fe(OH)3	2.7	3.7
Fe(OH)2	7.6	9.6
Mn(OH)2	8.3	9.8

 
（1）在加热条件下用浓盐酸浸取锰粉，所得溶液中含有Mn²⁺、Fe²⁺等。MnO₂与浓盐酸反应的离子方程方程式：                                                      _。
（2）酸浸时，浸出时间对锰浸出率的影响如下图所示，工业采用的是浸取60 min，其可能原因是                                                    。

（3）锰粉经浓盐酸浸取，过滤I除去不溶杂质后，向滤液中加入足量H₂O₂溶液，其作用是                                 。
（4）过滤I所得滤液经氧化后，需加入NaOH溶液调节pH约为5.1，其目的是                                              。
（5）过滤Ⅱ所得滤液加入足量H₂O₂溶液并加入NaOH溶液调节pH约为9，使Mn²⁺ 氧化得到MnO₂，反应的离于方程式为                                                     。
（6）工业上利用KOH和MnO₂为原料制取KMnO₄。主要生产过程分两步进行：第一步将MnO₂和固体KOH粉碎，混合均匀，在空气中加热至熔化，并连续搅拌以制取K₂MnO₄；第二步为电解K₂MnO₄的浓溶液制取KMnO₄。
① 第一步反应的化学方程式为                                                            。
② 电解K₂MnO₄的浓溶液时，电解池中阴极的实验现象为                                        。

Answer 1

（1）MnO₂ + 4H⁺ + 2Cl^- =Mn²⁺ + Cl₂↑+ 2H₂O(3分)
（2）60min后，再延长浸出时间，增加生产成本，而浸出的量不明显；(2分）
（3）将Fe²⁺转化为Fe³⁺(2分）
（4）使Fe³⁺完全转化为Fe(OH)₃沉淀，并防止Mn²⁺变成Mn(OH)₂(2分)
（5）Mn²⁺ + H₂O₂ + 2OH^- = MnO₂↓+2H₂O(3分)
（6）2MnO₂ + 4KOH + O₂= 2K₂MnO₄ + 2H₂O(2分)；产生无色气泡(2分)

解析试题分析：（1）用浓盐酸浸取锰粉后所得溶液含有Mn²⁺ ，所以MnO₂与浓盐酸发生了氧化还原反应，结合学过的实验室制氯气的实验可知MnO₂与浓盐酸反应的离子方程式为MnO₂ + 4H⁺ + 2Cl^- =Mn²⁺ + Cl₂↑+ 2H₂O。
（2）从浸出率和时间图像可以看出，开始随着时间增大，浸出率相应增大，过了60min后浸出率开始下降，随后又上升，但是浸出率与60min时相比变化不大，所以工业采取的浸出时间最好是60min，这样既能使浸出率较高，又能节约成本。
（3）过滤I除去不溶杂质后，溶液中含有大量Fe²⁺ 杂质，所以加入足量H₂O₂溶液使Fe²⁺ 转化Fe³⁺ 从而完全沉淀除去。
（4）因为Fe³⁺ 完全沉淀的pH值为3.7，而溶液中Mn²⁺ 开始沉淀的pH为8.3，所以沉淀Fe³⁺的同时不能让Mn²⁺ 沉淀，所以要控制pH值约为5.1。
（5）该氧化还原反应离子方程式书写要注意反应的环境为碱性环境，有OH-参加，所以判断出氧化剂和还原剂以及产物后不难得出离子方程式为Mn²⁺ + H₂O₂ + 2OH^- = MnO₂↓+2H₂O。
（6）制备高锰酸钾第一步中，Mn的化合价由+4→+6价，被氧化，所以MnO₂ 作还原剂，反应中有氧气参与反应，所以根据得失电子守恒配平的方程式为：2MnO₂ + 4KOH + O₂= 2K₂MnO₄ + 2H₂O。
考点：本题考查的是化学工艺流程题，本题围绕离子除杂、调节pH、氧化还原反应方程式配平为中心进行考察。