Question

二氧化錳可用作干電池去極劑，合成工業的催化劑和氧化劑，玻璃工業和搪瓷工業的著色劑、消色劑、脫鐵劑等．
Ⅰ．（1）鋅-錳堿性電池具有容量大、放電電流大的特點，因而得到廣泛應用．電池的總反應式為Zn（s）+2MnO₂（s）+H₂O（l）═Zn（OH）₂（s）+Mn₂O₃（s）．電池的正極反應式為

 

Ⅱ．某化學研究性學習小組擬從廢舊干電池中回收二氧化錳制取碳酸錳．
①將干電池剖切、分選得到黑色混合物（主要成分為MnO₂）洗滌、過濾、烘干．
②將上述固體按固液體積比2：9加入濃鹽酸、加熱，反應完全后過濾、濃縮．
③向上述溶液中加入Na₂CO₃溶液，邊加邊攪拌，再過濾即可得到碳酸錳．
（2）在第②步中，將上述固體與濃鹽酸混合的目的是

 

（3）有人認為，將第③步中的Na₂CO₃溶液換成NH₄HCO₃溶液，也能達到上述目的，但同時有氣體生成．請寫出加入NH₄HCO₃溶液時發生的離子反應方程式：

 

Ⅲ．濕法煉錳即電解硫酸錳溶液法．電解錳的生產過程分為化合浸取、氧化凈化及沉淀除雜、產品回收．其生產工藝流程如下：

已知：①菱錳礦中主要成份是碳酸錳，主要雜質是Fe²⁺、Co²⁺、Ni²⁺．
②生成氫氧化物的pH如下表：（若某離子濃度小于等于10^-5mol/L，則認為完全沉淀）

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

③有關難溶氫氧化物和硫化物pK_sp數據（pK_sp=-lgK_sp）：

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

（4）菱錳礦粉與硫酸反應的化學方程式是

 

．
（5）使用氨水的目的是調節pH值在

 

之間（填pH范圍，精確到小數點后1位數字）．在“浸出液”中加入（NH₄）₂S（硫化銨）的目的是

 

（6）電解槽中使用的是惰性電極板，電解反應方程式為

 

．

Answer 1

考點：物質分離和提純的方法和基本操作綜合應用,常見化學電源的種類及其工作原理,難溶電解質的溶解平衡及沉淀轉化的本質

專題：實驗設計題,電化學專題

分析：（1）根據電池總反應式為：Zn（s）+2MnO₂（s）+H₂O（l）═Zn（OH）₂（s）+Mn₂O₃（s），可知反應中Zn被氧化，為原電池的負極，負極反應為Zn-2e^-+2OH^-═Zn（OH）₂，MnO₂為原電池的正極，發生還原反應，正極反應為2MnO₂（s）+H₂O（1）+2e^-═Mn₂O₃（s）+2OH^-（aq）；
（2）在第②步中，將上述固體與濃鹽酸混合的目的是利用濃鹽酸還原二氧化錳為錳離子；
（3）將第③步中的Na₂CO₃溶液換成NH₄HCO₃溶液，也能達到上述目的，但同時有氣體生成為二氧化碳氣體；
（4）菱錳礦粉與硫酸反應生成硫酸錳二氧化碳和水；
（5）氨水可以將鐵離子沉淀，根據氫氧化鐵的Ksp來計算完全沉淀鐵離子所需的溶液的pH即可，硫化銨可以將鈷離子以及鎳離子沉淀；
（6）根據電解池的工作原理來回答即可．

解答： 解：（1）根據電池總反應式為：Zn（s）+2MnO₂（s）+H₂O（l）═Zn（OH）₂（s）+Mn₂O₃（s），可知反應中Zn被氧化，為原電池的負極，負極反應為Zn-2e^-+2OH^-═Zn（OH）₂，MnO₂為原電池的正極，發生還原反應，正極反應為2MnO₂+2e^-+H₂O═Mn₂O₃+2OH^-；
故答案為：2MnO₂+2e^-+H₂O═Mn₂O₃+2OH^-；
（2）在第②步中，將上述固體與濃鹽酸混合的目的是利用濃鹽酸還原二氧化錳為錳離子；
故答案為：將MnO₂ 還原成Mn²⁺；
（3）將第③步中的Na₂CO₃溶液換成NH₄HCO₃溶液，也能達到上述目的，但同時有氣體生成為二氧化碳氣體，反應的離子方程式為：Mn²⁺+2HCO₃^-=MnCO₃↓+CO₂↑+H₂O；
故答案為：Mn²⁺+2HCO₃^-=MnCO₃↓+CO₂↑+H₂O；
（4）菱錳礦粉與硫酸反應的化學方程式是：MnCO₃+H₂SO₄═MnSO₄+H₂O+CO₂↑，故答案為：MnCO₃+H₂SO₄═MnSO₄+H₂O+CO₂↑；
（5）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^-）=

3	10-38.55 10-5

≈10^-11.2mol/L，所以c（H⁺）=10^-3.8mol/L，所以pH=3.8，所以將鐵離子沉淀完全，但是錳離子未沉淀的范圍是3.8～8.3，此范圍內Co²⁺已經沉淀完全，所以再加入硫化銨將Ni²⁺沉淀，故答案為：3.8～8.3；作沉淀劑，將Ni²⁺沉淀；
（6）根據電解池的工作原理，電解硫酸錳溶液生成錳、硫酸和氧氣，電解反應方程式為：2MnSO₄+2H₂O

電解  .

2H₂SO₄+O₂↑+2Mn，
故答案為：2MnSO₄+2H₂O

電解  .

2H₂SO₄+O₂↑+2Mn．

點評：本題考查了物質分離流程分析，物質性質理解應用，主要是分離混合物的實驗過程分析判斷，掌握基礎是關鍵，題目難度中等．