Question

以电解法生产金属锰产生的阳极泥中，其锰含量高达40%～50%，主要成分为MnO₂的水合物，且含有显著量的Pb²⁺、Sn²⁺等重金属杂质．本工艺采用的木屑富含的纤维素在较浓硫酸的作用下膨胀、水解生成还原糖，酸性条件下，可与二氧化锰反应生成可溶性的硫酸锰．

（1）工业上电解硫酸锰的水溶液生产金属锰，阳极的电极反应式为

 

．
（2）写出木屑水解反应的化学方程式：

 

配平浸出步骤反应方程式C₆H₁₂O₆+

 

MnO₂+

 

H₂SO₄→

 

MnSO₄+

 

CO₂+

 

H₂O
（3）若取消除酸操作步骤，将会产生

 

气体（填化学式）而污染环境；
（4）本工艺的一种副产品是重要的农业生产资料，写出其化学式

 

；
（5）取一定量的阳极泥进行实验分析，得到如图象．硫酸的最合适用量为

 

mL，若再增加硫酸的用量，将会导致

 

（填化学式）的消耗量增大．

（6）某阳极泥中MnO₂（相对分子质量为87）的质量分数为50.0%，将174g该阳极泥与320g36.5%的浓盐酸混合加热，则产生的氯气在标准状况下应少于

 

L．（假设阳极泥中的其它成分不参与反应）

Answer 1

考点：电解原理

专题：电化学专题

分析：木屑富含的纤维素在较浓硫酸的作用下膨胀、水解生成还原糖，酸性条件下，可与二氧化锰反应生成可溶性的硫酸锰，加入碳酸钙除去酸，加入硫化铵除去Pb²⁺、Sn²⁺等重金属杂质，褪色过滤后得到滤液，蒸发结晶，干燥得到晶体；
（1）依据电解原理的分析判断，阳极上溶液中氢氧根离子失电子生成氧气；
（2）木屑成分是纤维素，水解生成葡萄糖；依据氧化还原反应元素化合价变化结合电子守恒配平书写离子方程式；
（3）依据酸和金属、硫化氨反应生成污染性气体分析；
（4）依据流程分析副产品成分为硫酸铵；
（5）图象分析，锰的浸出率在28ml硫酸时最大，若再增加硫酸的用量，溶液酸度高，中和时消耗碳酸钙增多，增加工业化成本；
（6）依据二氧化锰和浓盐酸反应的化学方程式计算．

解答： 解：（1）工业上电解硫酸锰的水溶液生产金属锰，阳极的电极反应为溶液中氢氧根离子失电子生成氧气，电极反应4OH^--4e^-=O₂+2H₂O或2H₂O-4e^-=O₂+4H⁺，
故答案为：4OH^--4e^-=O₂+2H₂O或2H₂O-4e^-=O₂+4H⁺；
（2）木屑成分是纤维素，水解生成葡萄糖，反应的化学方程式：（C₆H₁₀O₅）n+nH₂O

硫酸

 nC₆H₁₂O₆；二氧化锰具有氧化性，葡萄糖具有还原性，硫酸溶液中反应生成硫酸锰，二氧化碳和水，依据氧化还原反应元素化合价变化结合电子守恒配平可知离子方程式为C₆H₁₂O₆+12MnO₂+12H₂SO₄=12MnSO₄+6CO₂+18H₂O，
故答案为：（C₆H₁₀O₅）n+nH₂O

硫酸

 nC₆H₁₂O₆；12；12；12；6；18；
（3）若取消除酸操作步骤，酸和加入的硫化铵会生成硫化氢有毒气体，硫化氢被氧化生成二氧化硫气体；
故答案为：H₂S或SO₂；
（4）加入的硫化铵中的铵根结合硫酸根离子结晶析出生成硫酸铵副产品；
故答案为：（NH₄）₂SO₄；
（5）图象分析，锰的浸出率在28ml硫酸时最大，硫酸的最合适用量为28ml，若再增加硫酸的用量，溶液酸度高，中和时消耗碳酸钙增多，增加工业化成本；
故答案为：28；CaCO₃；
（6）某阳极泥中MnO₂（相对分子质量为87）的质量分数为50.0%，将174g该阳极泥，含有二氧化锰物质的量=

174g×50%

87g/mol

=1mol，320g36.5%的浓盐酸中HCl物质的量=

320g×36.5%

36.5g/mol

=3.2mol，混合加热，二氧化锰过量，依据氯化氢计算，二氧化锰和浓盐酸反应的化学方程式：MnO₂+4HCl

△   .

MnCl₂+Cl₂↑+2H₂O，产生的氯气在标准状况下体积=

3.2mol

4

×22.4L/mol≈17.9L，
故答案为：17.9．

点评：本题考查了化学提纯流程分析判断，物质性质理解应用，化学方程式计算，注意加入试剂的作用和产物的分析判断，掌握基础是关键，题目难度中等．