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）．若上述過程不加H2O2 ， 其后果和原因是

Answer 1

【答案】
（1）5Mn2++2ClO3﹣+4H2O=5MnO2+Cl2↑+8H+
（2）氯酸鈉
（3）MnO2+H2O+e﹣═MnOOH+OH﹣；0.5
（4）2MnOOH+H2C2O4+2H2SO4=2CO2↑+2MnSO4+4H2O；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）2.7；6；Zn（OH）2、Fe（OH）2的Ksp相近，Zn2+和Fe2+分離不開
【解析】解：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，加入稀硫酸和試劑甲發生反應生成Mn2+ ， 說明發生了氧化還原反應生成錳離子，則甲為還原劑，在溶液中加入NaClO3反應生成MnO2、水和氣體A等，A和熱氫氧化鈉溶液反應生成溶液B，溶液B中的產物之一（Q）可循環用于上述生產證明Q為NaClO3 ， 則A為Cl2 ， B為氯化鈉、氯酸鈉的溶液，二氧化錳不溶于水，得到MnO2 ． （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2ClO3﹣+5Mn2++4H2O=5MnO2+8H++Cl2↑，所以答案是：2ClO3﹣+5Mn2++4H2O=5MnO2+8H++Cl2↑；（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，
所以答案是：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﹣=MnO（OH）+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 = ≈0.0155mol，則消耗的Zn的質量為 ×65g/mol=0.5g；所以答案是：MnO2+H2O+e﹣═MnOOH+OH﹣；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；所以答案是：2MnOOH+H2C2O4+2H2SO4=2CO2↑+2MnSO4+4H2O；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﹣）= mol/L≈0.5×10﹣11mol/L，此時pH=2.7，
如鋅開始沉淀，則c（OH﹣）= mol/L=10﹣8mol/L，此時pH=6，
由表中數據可知Zn（OH）2、Fe（OH）2的Ksp相近，如不加H2O2 ， 則Zn2+和Fe2+分離不開，
所以答案是：Fe3+；2.7；6；Zn（OH）2、Fe（OH）2的Ksp相近，Zn2+和Fe2+分離不開．