Question

12．MnO₂是一种重要的无机功能材料，蕴藏在海底的丰富的锰结核矿的主要成分是MnO₂，工业上从锰结核矿中制取纯净的MnO₂的工艺流程如图所示：

（1）为提高硫酸淋洗效果，需要对富集后的矿石进行粉碎处理，其目的是加快硫酸的浸取速率步骤Ⅰ中，试剂甲必须具有的性质是b．
a．氧化性              b．还原性              c．酸性
（2）步骤Ⅱ中，以NaClO₃为氧化剂，当生成0.05mol MnO₂时，消耗0.10mol•L^-1的NaClO₃溶液200mL，该反应的离子方程式为2ClO₃^-+5Mn²⁺+4H₂O=5MnO₂+Cl₂↑+8H⁺．已知溶液B中的物质之一NaClO₃可循环用于上述生产，试写出A与NaOH反应生成B的化学方程式：3Cl₂+6NaOH=5NaCl+NaClO₃+3H₂O．
（3）电解步骤Ⅰ所得溶液也可得到MnO₂，写出阳极Mn²⁺生成MnO₂的电极方程式Mn²⁺+2H₂O-2e^-=MnO₂+4H⁺，阴极生成的气体产物是H₂．

Answer 1

分析 （1）工业上从锰结核中制取纯净的MnO₂工艺流程中，先选矿富集，锰结核为锰的氧化物与其它金属氧化物的混合物，加入稀硫酸和试剂甲发生反应生成Mn²⁺，说明发生了氧化还原反应生成锰离子，则甲为还原剂，在溶液中加入NaClO₃反应生成MnO₂、水和气体A等，A和热氢氧化钠溶液反应生成溶液B，溶液B中的产物之一（Q）可循环用于上述生产证明Q为NaClO₃，则A为Cl₂，B为氯化钠、氯酸钠的溶液，二氧化锰不溶于水，得到MnO₂，对矿石进行粉碎可提高淋洗效果，加快硫酸的浸取速率；
（2）步骤Ⅱ中，以NaClO₃为氧化剂，当生成0.050mol MnO₂时，消耗0.10mol•L^-1 的NaClO₃溶液200mL，利用电子守恒确定还原产物，以此书写离子反应；氯气与NaOH反应可得到NaCl与氯的含氧酸盐，由工艺流程图及A中含有可用于循环生产的物质知，氯的含氧酸盐为NaClO₃（即是Q），由此可写出相应的方程式；由于NaClO₃先需要转化为氯气，而Cl₂与NaOH反应时有一部分氯元素转化为NaCl，故需要补充NaClO₃；
（3）步骤I所得溶液为MnSO₄，锰离子在阳极被氧化为MnO₂；阴极为水电离出的氢离子得到电子生成氢气．

解答 解：（1）①为提高硫酸淋洗效果，加快硫酸的浸取速率，需要对富集后的矿石进行粉碎处理，试剂甲可以把锰元素还原为最低价锰离子，应具有还原性，
故答案为：加快硫酸的浸取速率；b；
（2）步骤Ⅲ中，以NaClO₃为氧化剂，当生成0.050mol MnO₂时，消耗0.10mol•L^-1 的NaClO₃溶液200mL，设还原产物中Cl的化合价为x，
则由电子守恒可知，0.05mol×（4-2）=0.1mol/L×0.2L×（5-x），解得x=0，即生成氯气，则离子反应为2ClO₃^-+5Mn²⁺+4H₂O=5MnO₂+Cl₂↑+8H⁺，
上述分析可知，A与氢氧化钠溶液反应为氯气与NaOH反应可得到NaCl与氯的含氧酸盐，反应的化学方程式为：3Cl₂+6NaOH=5NaCl+NaClO₃+3H₂O，
故答案为：2ClO₃^-+5Mn²⁺+4H₂O=5MnO₂+Cl₂↑+8H⁺；3Cl₂+6NaOH=5NaCl+NaClO₃+3H₂O；
（3）步骤I所得溶液为MnSO₄，锰离子在阳极被氧化，反应为：Mn²⁺+2H₂O-2e^-=MnO₂+4H⁺，阴极氢离子得到电子：2H⁺+2e^-=H₂↑，
故答案为：Mn²⁺+2H₂O-2e^-=MnO₂+4H⁺；H₂．

点评 本题考查了物质的分离提纯方法和流程分析判断，主要是物质性质和实验基本操作的理解应用，氧化还原反应产物的分析，掌握基础是关键，题目难度中等．