Question

【題目】MnO2是一種重要的無機功能材料，工業上從錳結核中制取純凈的MnO2工藝流程如下圖所示：

部分難溶的電解質溶度積常數(Ksp)如下表：

化合物	Zn(OH)2	Fe(OH)2	Fe(OH)3
Ksp近似值	10﹣17	10﹣17	10﹣39

已知：一定條件下，MnO4可與Mn2+反應生成MnO2

（1）步驟Ⅱ中消耗0. 5molMn2+時，用去1molL-1的NaClO3溶液200ml，該反應離子方程式為

（2）已知溶液B的溶質之一可循環用于上述生產，此物質的名稱是_____________。

（3）MnO2是堿性鋅錳電池的正極材料．放電過程產生MnOOH，該電池正極的電極反應式是 。如果維持電流強度為5A，電池工作五分鐘，理論消耗鋅 g．（已知F=96500C/mol）

（4）向廢舊鋅錳電池內的混合物（主要成分MnOOH、Zn(OH)2）中加入一定量的稀硫酸和稀草酸（H2C2O4），并不斷攪拌至無CO2產生為止，寫出MnOOH參與反應的離子方程式 。

。向所得溶液中滴加高錳酸鉀溶液產生黑色沉淀，設計實驗證明黑色沉淀成分為MnO2 。

（5）用廢電池的鋅皮制作ZnSO47H2O的過程中，需除去鋅皮中的少量雜質鐵，其方法是：加入稀H2SO4和H2O2，鐵溶解變為Fe3+，加堿調節pH為 時，鐵剛好沉淀完全（離子濃度小于1×10﹣5molL﹣1時，即可認為該離子沉淀完全）。繼續加堿調節pH為 時，鋅開始沉淀（假定Zn2+濃度為0.1molL﹣1）。

Answer 1

【答案】（1）5Mn2++ 2ClO3- +4H2O =5 MnO2+Cl2↑ +8H+ （2分）

（2）氯酸鈉 （1分）；

（3）MnO2+ H2O +e﹣=MnOOH +OH-（2分） 0.5g（2分）；

（4）2MnOOH+ H2C2O4 +4H+ = 2Mn2++ 2CO2↑+4H2O（2分）

取少量黑色固體放入試管中，加入少量濃鹽酸并加熱， 產生黃綠色氣體，說明黑色固體為MnO2（2分）；

（5）2.7（1分） 6（1分）

【解析】

試題分析：工業上從錳結核中制取純凈的MnO2工藝流程中，先選礦富集，錳結核為錳的氧化物與其它金屬氧化物的混合物，加入稀硫酸發生反應生成Mn2+，在溶液中加入NaClO3反應生成MnO2和A等，A和熱氫氧化鈉溶液反應生成溶液B；

（1）0.1mol/L的NaClO3溶液200ml的物質的量是0.02mol，當生成0.05molMnO2時，轉移電子的物質的量是0.05mol×（4-2）=0.1mol，根據電子得失守恒可知0.02mol氯酸鈉得到0.1mol電子，因此氯元素的化合價變化5價，即從+5價降低到0價，因此還原產物是氯氣，所以該反應離子方程式為5Mn2++ 2ClO3- +4H2O =5 MnO2+Cl2↑ +8H+；

（2）氯氣與熱的氫氧化鈉溶液反應生成氯酸鈉、氯化鈉和水，因此可以循環的物質B是氯酸鈉；

（3）原電池中負極失去電子，正極得到電子，因此堿性鋅錳電池放電時，正極是二氧化錳得到電子，則電極反應式為MnO2+ H2O +e﹣=MnOOH +OH-；5分鐘轉移電子的電量Q=It=5A×300s=1500C，轉移電子的物質的量為Q/F=1500C/96500C/mol≈0.0155mol，則消耗的Zn的質量為0.0155mol×0.5×65g/mol=0.5g；

（4）因為反應物有稀草酸，產物有二氧化碳，則說明碳元素化合價升高發生氧化還原反應，所以錳化合價降低生成二價的MnSO4，方程式為2MnOOH+H2C2O4+2H2SO4=2CO2↑+2MnSO4+4H2O；根據實驗室制氯氣的反應原理，取少量黑色固體放入試管中，加入少量濃鹽酸并加熱，產生黃綠色氣體，說明黑色固體為MnO2；

（5）鐵加入稀H2SO4和H2O2，可被氧化生成Fe3+，鐵剛好沉淀完全時離子濃度小于1×10-5molL-1，因Ksp=10-39，則c（OH-）=≈0.5×10-11mol/L，此時pH=2.7；如鋅開始沉淀，則c（OH-）＝=10-8mol/L，此時pH=6。