Question

二氧化锰可用作干电池去极剂，合成工业的催化剂和氧化剂，玻璃工业和搪瓷工业的着色剂、消色剂、脱铁剂等．
Ⅰ．（1）锌-锰碱性电池具有容量大、放电电流大的特点，因而得到广泛应用．电池的总反应式为Zn（s）+2MnO₂（s）+H₂O（l）═Zn（OH）₂（s）+Mn₂O₃（s）．电池的正极反应式为

 

Ⅱ．某化学研究性学习小组拟从废旧干电池中回收二氧化锰制取碳酸锰．
①将干电池剖切、分选得到黑色混合物（主要成分为MnO₂）洗涤、过滤、烘干．
②将上述固体按固液体积比2：9加入浓盐酸、加热，反应完全后过滤、浓缩．
③向上述溶液中加入Na₂CO₃溶液，边加边搅拌，再过滤即可得到碳酸锰．
（2）在第②步中，将上述固体与浓盐酸混合的目的是

 

（3）有人认为，将第③步中的Na₂CO₃溶液换成NH₄HCO₃溶液，也能达到上述目的，但同时有气体生成．请写出加入NH₄HCO₃溶液时发生的离子反应方程式：

 

Ⅲ．湿法炼锰即电解硫酸锰溶液法．电解锰的生产过程分为化合浸取、氧化净化及沉淀除杂、产品回收．其生产工艺流程如下：

已知：①菱锰矿中主要成份是碳酸锰，主要杂质是Fe²⁺、Co²⁺、Ni²⁺．
②生成氢氧化物的pH如下表：（若某离子浓度小于等于10^-5mol/L，则认为完全沉淀）

物质	Fe（OH）2	Ni（OH）2	Co（OH）2	Mn（OH）2
开始沉淀pH	7.5	7.7	7.6	8.3
完全沉淀pH	9.7	8.4	8.2	9.8

③有关难溶氢氧化物和硫化物pK_sp数据（pK_sp=-lgK_sp）：

难溶物质	Fe（OH）3	Ni（OH）2	Co（OH）2	NiS	CoS
pKsp	38.55	15.26	14.7	18.49	20.40

（4）菱锰矿粉与硫酸反应的化学方程式是

 

．
（5）使用氨水的目的是调节pH值在

 

之间（填pH范围，精确到小数点后1位数字）．在“浸出液”中加入（NH₄）₂S（硫化铵）的目的是

 

（6）电解槽中使用的是惰性电极板，电解反应方程式为

 

．

Answer 1

考点：物质分离和提纯的方法和基本操作综合应用,常见化学电源的种类及其工作原理,难溶电解质的溶解平衡及沉淀转化的本质

专题：实验设计题,电化学专题

分析：（1）根据电池总反应式为：Zn（s）+2MnO₂（s）+H₂O（l）═Zn（OH）₂（s）+Mn₂O₃（s），可知反应中Zn被氧化，为原电池的负极，负极反应为Zn-2e^-+2OH^-═Zn（OH）₂，MnO₂为原电池的正极，发生还原反应，正极反应为2MnO₂（s）+H₂O（1）+2e^-═Mn₂O₃（s）+2OH^-（aq）；
（2）在第②步中，将上述固体与浓盐酸混合的目的是利用浓盐酸还原二氧化锰为锰离子；
（3）将第③步中的Na₂CO₃溶液换成NH₄HCO₃溶液，也能达到上述目的，但同时有气体生成为二氧化碳气体；
（4）菱锰矿粉与硫酸反应生成硫酸锰二氧化碳和水；
（5）氨水可以将铁离子沉淀，根据氢氧化铁的Ksp来计算完全沉淀铁离子所需的溶液的pH即可，硫化铵可以将钴离子以及镍离子沉淀；
（6）根据电解池的工作原理来回答即可．

解答： 解：（1）根据电池总反应式为：Zn（s）+2MnO₂（s）+H₂O（l）═Zn（OH）₂（s）+Mn₂O₃（s），可知反应中Zn被氧化，为原电池的负极，负极反应为Zn-2e^-+2OH^-═Zn（OH）₂，MnO₂为原电池的正极，发生还原反应，正极反应为2MnO₂+2e^-+H₂O═Mn₂O₃+2OH^-；
故答案为：2MnO₂+2e^-+H₂O═Mn₂O₃+2OH^-；
（2）在第②步中，将上述固体与浓盐酸混合的目的是利用浓盐酸还原二氧化锰为锰离子；
故答案为：将MnO₂ 还原成Mn²⁺；
（3）将第③步中的Na₂CO₃溶液换成NH₄HCO₃溶液，也能达到上述目的，但同时有气体生成为二氧化碳气体，反应的离子方程式为：Mn²⁺+2HCO₃^-=MnCO₃↓+CO₂↑+H₂O；
故答案为：Mn²⁺+2HCO₃^-=MnCO₃↓+CO₂↑+H₂O；
（4）菱锰矿粉与硫酸反应的化学方程式是：MnCO₃+H₂SO₄═MnSO₄+H₂O+CO₂↑，故答案为：MnCO₃+H₂SO₄═MnSO₄+H₂O+CO₂↑；
（5）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^-）=

3	10-38.55 10-5

≈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，此范围内Co²⁺已经沉淀完全，所以再加入硫化铵将Ni²⁺沉淀，故答案为：3.8～8.3；作沉淀剂，将Ni²⁺沉淀；
（6）根据电解池的工作原理，电解硫酸锰溶液生成锰、硫酸和氧气，电解反应方程式为：2MnSO₄+2H₂O

电解  .

2H₂SO₄+O₂↑+2Mn，
故答案为：2MnSO₄+2H₂O

电解  .

2H₂SO₄+O₂↑+2Mn．

点评：本题考查了物质分离流程分析，物质性质理解应用，主要是分离混合物的实验过程分析判断，掌握基础是关键，题目难度中等．