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)2Ni(OH)2Co(OH)2Mn(OH)2Fe(OH)3
开始沉淀pH7.57.77.68.32.7
完全沉淀pH9.78.48.29.83.8
①用离子方程式表示加入二氧化锰的作用MnO2+4H++2Fe2+=2Fe3++Mn2++2H2O.
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.

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