题目内容
18.二氧化锰在生产、生活中有广泛应用.(1)锌-锰碱性电池广泛应用于日常生活.电池的总反应式为:Zn(s)+2MnO2(s)+2H2O(l)═Zn(OH)2(s)+2MnOOH(s).该电池的正极反应式为MnO2+H2O+e-=MnOOH+OH-.
(2)某学习小组拟以废旧干电池为原料制取锰,简易流程如图1:
①加入浓盐酸溶于废旧电池内黑色物质过程中保持通风,其原因是二氧化锰与浓盐酸反应会产生有毒的氯气.
②从产品纯度、环保等角度考虑,X宜选择C(填代号).
A.焦炭 B.铝 C.氢气 D.一氧化碳
③写出碳酸锰在空气中灼烧生成四氧化三锰的化学方程式6MnCO3+O2$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2Mn3O4+6CO2.
(3)电解硫酸锰溶液法制锰又叫湿法冶锰.以菱锰矿(主要成份是MnCO3,主要杂质是Fe2+、Co2+、Ni2+)为原料制备锰的工艺流程如图2:
已知:NiS、CoS均难溶于水.部分氢氧化物的pH如表:(若某离子浓度小于等于10-5mol•L-1,则认为完全沉淀)
| 物质 | Fe(OH)2 | Ni(OH)2 | Co(OH)2 | Mn(OH)2 | Fe(OH)3 |
| 开始沉淀pH | 7.5 | 7.7 | 7.6 | 8.3 | 2.7 |
| 完全沉淀pH | 9.7 | 8.4 | 8.2 | 9.8 | 3.8 |
②加入氨水调节浸出槽中溶液的pH范围:3.8≤pH<8.3.
③弃渣B可能含有的物质为NiS、CoS.
④电解槽阴极的电极反应式为Mn2++2e-=Mn.
分析 (1)由电池反应式可知反应中Mn元素化合价降低,被还原生成MnOOH,为原电池正极反应;
(2)浓盐酸与二氧化锰在加热条件下反应产生氯气,滤液中含有氯化锰,加入碳酸铵可生成碳酸锰,经高温,生成Mn3O4,最后用热还原法生成Mn,
①浓盐酸与二氧化锰反应产生氯气,氯气是有毒气体,故用浓盐酸溶解二氧化锰时要保持通风,避免中毒;
②焦炭、铝还原四氧化三锰时产品中混有固体杂质,CO有毒,易污染环境.宜用氢气还原四氧化三锰;
③碳酸锰在空气中灼烧时有氧气参与反应;
(3)锰的主要矿石有软锰矿(主要成分MnO2)和菱锰矿(主要成分MnCO3),加入二氧化锰、硫酸和氨水在浸出槽中反应,通过化合浸取、氧化净化及沉淀除杂、电解硫酸锰溶液法得到产品,
根据几种离子沉淀的pH数据知,氢氧化亚铁沉淀过程中,氢氧化锰已开始沉淀,因此,要将亚铁离子转化成铁离子;
在此pH范围内Co2+、Ni2+可能没有完全沉淀,加入硫化铵溶液用于沉淀多余Co2+、Ni2+.用惰性电极材料电解硫酸锰溶液时,阴极上锰离子发生还原反应,阳极上发生氧化反应:2H2O-4e-=4H++O2↑,阳极区生成了硫酸,硫酸循环使用.
解答 解;(1)由化合价变化可知,Mn元素化合价由+4价降低到+3价,应为原电池正极反应,电极方程式为MnO2+H2O+e-=MnOOH+OH-,
故答案为:MnO2+H2O+e-=MnOOH+OH-;
(2)①浓盐酸与二氧化锰反应产生氯气,氯气是有毒气体,故用浓盐酸溶解二氧化锰时要保持通风,避免中毒,
故答案为:二氧化锰与浓盐酸反应会产生有毒的氯气;
②焦炭、铝还原四氧化三锰时产品中混有固体杂质,CO有毒,易污染环境.宜用氢气还原四氧化三锰,故答案为:C;
③碳酸锰在空气中灼烧时有氧气参与反应,反应的方程式为6MnCO3+O2$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2Mn3O4+6CO2,故答案为:6MnCO3+O2$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2Mn3O4+6CO2;
(3)①二氧化锰具有氧化性,能将亚铁离子氧化为三价铁离子,MnO2能除去菱锰矿的硫酸浸取液中的Fe2+,该除杂过程的离子方程式是:MnO2+4H++2Fe2+=2Fe3++Mn2++2H2O,
故答案为:MnO2+4H++2Fe2+=2Fe3++Mn2++2H2O;
②氨水可以将铁离子沉淀,氢氧化铁的Ksp=c3(OH-)•c(Fe3+),铁离子完全沉淀时,铁离子的浓度是1×10-5mol/L,此时c(OH-)=$\root{3}{\frac{1{0}^{-38.55}}{1{0}^{-5}}}$≈10-11.2mol/L,所以c(H+)=10-3.8mol/L,所以pH=3.8,所以将铁离子沉淀完全,但是锰离子未沉淀的范围是3.8~8.3,故答案为:3.8≤pH<8.3;
③在此pH范围内Co2+、Ni2+可能没有完全沉淀,加入硫化铵溶液用于沉淀多余Co2+、Ni2+.生成NiS、CoS,故答案为:NiS、CoS;
④根据电解池的工作原理,电解硫酸锰酸性溶液生成锰、硫酸,阴极发生还原反应,电极方程式为Mn2++2e-=Mn,故答案为:Mn2++2e-=Mn.
点评 本题考查了物质制备方案设计,为高频考点,侧重于学生的分析、实验能力的考查,题目涉及离子方程式的书写、电极反应式的书写等知识,题目难度中等,注意把握实验的流程以及相关物质的性质.
S(s)+2KNO3(s)+3C(s)═K2S(s)+N2(g)+3CO2(g)△H=x kJ•mol-1
已知:
碳的燃烧热△H1=a kJ•mol-1
S(s)+2K(s)═K2S(s)△H2=b kJ•mol-1
2K(s)+N2(g)+3O2(g)═2KNO3(s)△H3=c kJ•mol-1
则x为( )
| A. | 3a+b-c | B. | c-3a-b | C. | a+b-c | D. | c-a-b |
| A. | NaHSO4溶液与Ba(OH)2溶液反应 | B. | C6H5ONa溶液与CO2反应 | ||
| C. | NaAlO2溶液与CO2反应 | D. | Fe与稀硝酸反应 |
| A. | B. | 制备无水氯化铁 | C. | D. |
| A. | 图中AB段发生的是过量的酸性KMnO4溶液与KI的反应 | |
| B. | 从题中可以得出还原性:I->Fe2+>Mn2+ | |
| C. | 取B点以后的少量溶液滴入几滴KSCN溶液,溶液变红色 | |
| D. | 根据OC段的数据可知,开始加入的KMnO4的物质的量为0.5mol |
| A. | 配制0.1mol•L-1莫尔盐溶液500mL,需莫尔盐19.6克 | |
| B. | 可与含Fe2+、HClO、H+、Cl-微粒的溶液大量共存 | |
| C. | 加入过量Ba(OH)2溶液发生反应:2Ba2++2SO42-+Fe2++2OH-=2BaSO4↓+Fe(OH)2↓ | |
| D. | 取样,加入浓NaOH溶液并加热,出现可让蓝色石蕊试纸变红的气体,证明含NH4+ |