Question

18．二氧化錳在生產、生活中有廣泛應用．
（1）鋅-錳堿性電池廣泛應用于日常生活．電池的總反應式為：Zn（s）+2MnO₂（s）+2H₂O（l）═Zn（OH）₂（s）+2MnOOH（s）．該電池的正極反應式為MnO₂+H₂O+e^-=MnOOH+OH^-．
（2）某學習小組擬以廢舊干電池為原料制取錳，簡易流程如圖1：

①加入濃鹽酸溶于廢舊電池內黑色物質過程中保持通風，其原因是二氧化錳與濃鹽酸反應會產生有毒的氯氣．
②從產品純度、環保等角度考慮，X宜選擇C（填代號）．
A．焦炭    B．鋁      C．氫氣    D．一氧化碳
③寫出碳酸錳在空氣中灼燒生成四氧化三錳的化學方程式6MnCO₃+O₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Mn₃O₄+6CO₂．
（3）電解硫酸錳溶液法制錳又叫濕法冶錳．以菱錳礦（主要成份是MnCO₃，主要雜質是Fe²⁺、Co²⁺、Ni²⁺）為原料制備錳的工藝流程如圖2：

已知：NiS、CoS均難溶于水．部分氫氧化物的pH如表：（若某離子濃度小于等于10-⁵mol•L-¹，則認為完全沉淀）

物質	Fe（OH）2	Ni（OH）2	Co（OH）2	Mn（OH）2	Fe（OH）3
開始沉淀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

①用離子方程式表示加入二氧化錳的作用MnO₂+4H⁺+2Fe²⁺=2Fe³⁺+Mn²⁺+2H₂O．
②加入氨水調節浸出槽中溶液的pH范圍：3.8≤pH＜8.3．
③棄渣B可能含有的物質為NiS、CoS．
④電解槽陰極的電極反應式為Mn²⁺+2e^-=Mn．

Answer 1

分析 （1）由電池反應式可知反應中Mn元素化合價降低，被還原生成MnOOH，為原電池正極反應；
（2）濃鹽酸與二氧化錳在加熱條件下反應產生氯氣，濾液中含有氯化錳，加入碳酸銨可生成碳酸錳，經高溫，生成Mn₃O₄，最后用熱還原法生成Mn，
①濃鹽酸與二氧化錳反應產生氯氣，氯氣是有毒氣體，故用濃鹽酸溶解二氧化錳時要保持通風，避免中毒；
②焦炭、鋁還原四氧化三錳時產品中混有固體雜質，CO有毒，易污染環境．宜用氫氣還原四氧化三錳；
③碳酸錳在空氣中灼燒時有氧氣參與反應；
（3）錳的主要礦石有軟錳礦（主要成分MnO₂）和菱錳礦（主要成分MnCO₃），加入二氧化錳、硫酸和氨水在浸出槽中反應，通過化合浸取、氧化凈化及沉淀除雜、電解硫酸錳溶液法得到產品，
根據幾種離子沉淀的pH數據知，氫氧化亞鐵沉淀過程中，氫氧化錳已開始沉淀，因此，要將亞鐵離子轉化成鐵離子；
在此pH范圍內Co²⁺、Ni²⁺可能沒有完全沉淀，加入硫化銨溶液用于沉淀多余Co²⁺、Ni²⁺．用惰性電極材料電解硫酸錳溶液時，陰極上錳離子發生還原反應，陽極上發生氧化反應：2H₂O-4e-=4H⁺+O₂↑，陽極區生成了硫酸，硫酸循環使用．

解答 解；（1）由化合價變化可知，Mn元素化合價由+4價降低到+3價，應為原電池正極反應，電極方程式為MnO₂+H₂O+e^-=MnOOH+OH^-，
故答案為：MnO₂+H₂O+e^-=MnOOH+OH^-；
（2）①濃鹽酸與二氧化錳反應產生氯氣，氯氣是有毒氣體，故用濃鹽酸溶解二氧化錳時要保持通風，避免中毒，
故答案為：二氧化錳與濃鹽酸反應會產生有毒的氯氣；
②焦炭、鋁還原四氧化三錳時產品中混有固體雜質，CO有毒，易污染環境．宜用氫氣還原四氧化三錳，故答案為：C；
③碳酸錳在空氣中灼燒時有氧氣參與反應，反應的方程式為6MnCO₃+O₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Mn₃O₄+6CO₂，故答案為：6MnCO₃+O₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Mn₃O₄+6CO₂；
（3）①二氧化錳具有氧化性，能將亞鐵離子氧化為三價鐵離子，MnO₂能除去菱錳礦的硫酸浸取液中的Fe²⁺，該除雜過程的離子方程式是：MnO₂+4H⁺+2Fe²⁺=2Fe³⁺+Mn²⁺+2H₂O，
故答案為：MnO₂+4H⁺+2Fe²⁺=2Fe³⁺+Mn²⁺+2H₂O；
②氨水可以將鐵離子沉淀，氫氧化鐵的Ksp=c³（OH^-）•c（Fe³⁺），鐵離子完全沉淀時，鐵離子的濃度是1×10^-5mol/L，此時c（OH^-）=$\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，所以將鐵離子沉淀完全，但是錳離子未沉淀的范圍是3.8～8.3，故答案為：3.8≤pH＜8.3；
③在此pH范圍內Co²⁺、Ni²⁺可能沒有完全沉淀，加入硫化銨溶液用于沉淀多余Co²⁺、Ni²⁺．生成NiS、CoS，故答案為：NiS、CoS；
④根據電解池的工作原理，電解硫酸錳酸性溶液生成錳、硫酸，陰極發生還原反應，電極方程式為Mn²⁺+2e^-=Mn，故答案為：Mn²⁺+2e^-=Mn．

點評 本題考查了物質制備方案設計，為高頻考點，側重于學生的分析、實驗能力的考查，題目涉及離子方程式的書寫、電極反應式的書寫等知識，題目難度中等，注意把握實驗的流程以及相關物質的性質．