Question

4．生產電池級活性二氧化錳的方法之一是利用電解錳陽極泥（主要含MnO₂、MnO，還含少量鉛、鈣的化合物等）作原料并采用如下工藝制備：

（1）還原爐中加入焦炭生成Mn₂O₃的化學方程式為4MnO₂+C$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Mn₂O₃+CO₂↑；酸浸時，為提高浸取率可采用的措施有延長浸取時間（充分攪拌、提高浸取溫度等）（舉一例）．
（2）過濾Ⅰ中濾渣Ⅰ的主要成分為CaSO₄、PbSO₄（填化學式）．
（3）調節pH后，Mn₂（SO₄）₃的歧化產物是MnO₂、MnSO₄（填化學式），加入NaClO₃氯化Mn²⁺反應的離子方程式為3Mn²⁺+ClO₃^-+3H₂O=3MnO₂↓+6H⁺+Cl^-．
（4）該工藝中不直接用軟錳礦（主要成分為MnO₂）作原料而采用電解錳和陽極泥，其優點是提高錳資源的利用率（或防止錳的固體廢棄物對環境造成污染）．（列舉一點）．
（5）若電解錳陽極泥中含錳元素的質量分數為a%，總轉化率為b%，則1t電解錳陽極泥可得到活性MnO₂的物質的量為$\frac{100ab}{55}$mol（用含有a、b的代數式表示）．

Answer 1

分析 電解錳陽極泥加入焦炭在700℃在還原爐中充分反應生成二氧化碳、Mn₂O₃、MnO及雜質，加入10%的硫酸酸浸，可生成Mn₂（SO₄）₃、MnSO₄等，濾渣Ⅰ含有CaSO₄、PbSO₄等，調節pH至5.5～6.5，加入NaClO₃，可氧化生成MnO₂，經過濾、洗滌、烘干得到活性MnO₂，
（1）還原爐中加入焦炭生成Mn₂O₃，同時生成二氧化碳氣體，酸浸時，為提高浸取率，可充分攪拌，增大接觸面積，可適當提高浸取溫度，或延長浸取時間；
（2）由以上分析可知濾渣Ⅰ含有CaSO₄、PbSO₄等，故答案為：CaSO₄、PbSO₄；
（3）Mn₂（SO₄）₃的Mn元素化合價為+3價，在pH至5.5～6.5時發生歧化反應生成MnO₂、MnSO₄，加入NaClO₃，可氧化生成MnO₂；
（4）采用電解錳和陽極泥，可提高錳資源的利用率，減少環境污染，防止錳的固體廢棄物對環境造成污染；
（5）電解錳陽極泥中含錳元素的質量分數為a%，則1t電解錳陽極泥含有Mn元素的質量為1×10⁶g×a%，物質的量為$\frac{1{0}^{4}a}{55}$mol，結合轉化率計算．

解答 解：電解錳陽極泥加入焦炭在700℃在還原爐中充分反應生成二氧化碳、Mn₂O₃、MnO及雜質，加入10%的硫酸酸浸，可生成Mn₂（SO₄）₃、MnSO₄等，濾渣Ⅰ含有CaSO₄、PbSO₄等，調節pH至5.5～6.5，加入NaClO₃，可氧化生成MnO₂，經過濾、洗滌、烘干得到活性MnO₂，
（1）還原爐中加入焦炭生成Mn₂O₃，同時生成二氧化碳氣體，反應的方程式為4MnO₂+C$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Mn₂O₃+CO₂↑，酸浸時，為提高浸取率，可充分攪拌，增大接觸面積，可適當提高浸取溫度，或延長浸取時間，
故答案為：4MnO₂+C$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Mn₂O₃+CO₂↑；延長浸取時間（充分攪拌、提高浸取溫度等）；
（2）由以上分析可知濾渣Ⅰ含有CaSO₄、PbSO₄等，故答案為：CaSO₄、PbSO₄；
（3）Mn₂（SO₄）₃的Mn元素化合價為+3價，在pH至5.5～6.5時發生歧化反應生成MnO₂、MnSO₄，加入NaClO₃，可氧化生成MnO₂，反應的離子方程式為3Mn²⁺+ClO₃^-+3H₂O=3MnO₂↓+6H⁺+Cl^-，
故答案為：MnO₂、MnSO₄；3Mn²⁺+ClO₃^-+3H₂O=3MnO₂↓+6H⁺+Cl^-；
（4）采用電解錳和陽極泥，可提高錳資源的利用率，減少環境污染，防止錳的固體廢棄物對環境造成污染，
故答案為：提高錳資源的利用率（或防止錳的固體廢棄物對環境造成污染）；
（5）電解錳陽極泥中含錳元素的質量分數為a%，則1t電解錳陽極泥含有Mn元素的質量為1×10⁶g×a%，物質的量為$\frac{1{0}^{4}a}{55}$mol，總轉化率為b%，
則生成MnO₂的物質的量為$\frac{1{0}^{4}a}{55}$mol×b%=$\frac{100ab}{55}$mol，
故答案為：$\frac{100ab}{55}$．

點評 本題考查物質的制備、除雜，涉及物質的檢驗以及沉淀的轉化等知識，為高頻考點，題目較為綜合，有一定難度，本題注意要認真分析題中數據，考查學生的分析能力．