Question

回收的廢舊鋅錳干電池經過處理后得到錳粉(含MnO₂、Mn(OH)₂、Fe、乙炔和黑炭等)，由錳粉制取MnO₂的步驟如下圖所示。

根據上圖所示步驟并參考表格數據，回答下列問題。

物 質	開始沉淀	沉淀完全
Fe(OH)3	2.7	3.7
Fe(OH)2	7.6	9.6
Mn(OH)2	8.3	9.8

 
（1）在加熱條件下用濃鹽酸浸取錳粉，所得溶液中含有Mn²⁺、Fe²⁺等。MnO₂與濃鹽酸反應的離子方程方程式：                                                      _。
（2）酸浸時，浸出時間對錳浸出率的影響如下圖所示，工業采用的是浸取60 min，其可能原因是                                                    。

（3）錳粉經濃鹽酸浸取，過濾I除去不溶雜質后，向濾液中加入足量H₂O₂溶液，其作用是                                 。
（4）過濾I所得濾液經氧化后，需加入NaOH溶液調節pH約為5.1，其目的是                                              。
（5）過濾Ⅱ所得濾液加入足量H₂O₂溶液并加入NaOH溶液調節pH約為9，使Mn²⁺ 氧化得到MnO₂，反應的離于方程式為                                                     。
（6）工業上利用KOH和MnO₂為原料制取KMnO₄。主要生產過程分兩步進行：第一步將MnO₂和固體KOH粉碎，混合均勻，在空氣中加熱至熔化，并連續攪拌以制取K₂MnO₄；第二步為電解K₂MnO₄的濃溶液制取KMnO₄。
① 第一步反應的化學方程式為                                                            。
② 電解K₂MnO₄的濃溶液時，電解池中陰極的實驗現象為                                        。

Answer 1

（1）MnO₂ + 4H⁺ + 2Cl^- =Mn²⁺ + Cl₂↑+ 2H₂O(3分)
（2）60min后，再延長浸出時間，增加生產成本，而浸出的量不明顯；(2分）
（3）將Fe²⁺轉化為Fe³⁺(2分）
（4）使Fe³⁺完全轉化為Fe(OH)₃沉淀，并防止Mn²⁺變成Mn(OH)₂(2分)
（5）Mn²⁺ + H₂O₂ + 2OH^- = MnO₂↓+2H₂O(3分)
（6）2MnO₂ + 4KOH + O₂= 2K₂MnO₄ + 2H₂O(2分)；產生無色氣泡(2分)

試題分析：（1）用濃鹽酸浸取錳粉后所得溶液含有Mn²⁺ ，所以MnO₂與濃鹽酸發生了氧化還原反應，結合學過的實驗室制氯氣的實驗可知MnO₂與濃鹽酸反應的離子方程式為MnO₂ + 4H⁺ + 2Cl^- =Mn²⁺ + Cl₂↑+ 2H₂O。
（2）從浸出率和時間圖像可以看出，開始隨著時間增大，浸出率相應增大，過了60min后浸出率開始下降，隨后又上升，但是浸出率與60min時相比變化不大，所以工業采取的浸出時間最好是60min，這樣既能使浸出率較高，又能節約成本。
（3）過濾I除去不溶雜質后，溶液中含有大量Fe²⁺ 雜質，所以加入足量H₂O₂溶液使Fe²⁺ 轉化Fe³⁺ 從而完全沉淀除去。
（4）因為Fe³⁺ 完全沉淀的pH值為3.7，而溶液中Mn²⁺ 開始沉淀的pH為8.3，所以沉淀Fe³⁺的同時不能讓Mn²⁺ 沉淀，所以要控制pH值約為5.1。
（5）該氧化還原反應離子方程式書寫要注意反應的環境為堿性環境，有OH-參加，所以判斷出氧化劑和還原劑以及產物后不難得出離子方程式為Mn²⁺ + H₂O₂ + 2OH^- = MnO₂↓+2H₂O。
（6）制備高錳酸鉀第一步中，Mn的化合價由+4→+6價，被氧化，所以MnO₂ 作還原劑，反應中有氧氣參與反應，所以根據得失電子守恒配平的方程式為：2MnO₂ + 4KOH + O₂= 2K₂MnO₄ + 2H₂O。