Question

【题目】MnO2是一种重要的无机功能材料，工业上从锰结核中制取纯净的MnO2工艺流程如图所示：

部分难溶的电解质溶度积常数（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：一定条件下，MnO4﹣可与Mn2+反应生成MnO2
（1）步骤Ⅱ中消耗0.5molMn2+时，用去1molL﹣1的NaClO3溶液200ml，该反应离子方程式为 ．
（2）已知溶液B的溶质之一可循环用于上述生产，此物质的名称是 ．
（3）MnO2是碱性锌锰电池的正极材料．放电过程产生MnOOH，该电池正极的电极反应式是 ． 如果维持电流强度为5A，电池工作五分钟，理论消耗锌g．（已知F=96500C/mol）
（4）向废旧锌锰电池内的混合物（主要成分MnOOH、Zn（OH）2）中加入一定量的稀硫酸和稀草酸（H2C2O4），并不断搅拌至无CO2产生为止，写出MnOOH参与反应的离子方程式 ． 向所得溶液中滴加高锰酸钾溶液产生黑色沉淀，设计实验证明黑色沉淀成分为MnO2
（5）用废电池的锌皮制作ZnSO47H2O的过程中，需除去锌皮中的少量杂质铁，其方法是：加入稀H2SO4和H2O2 ， 铁溶解变为Fe3+ ， 加碱调节pH为时，铁刚好沉淀完全（离子浓度小于1×10﹣5molL﹣1时，即可认为该离子沉淀完全）．继续加碱调节pH为时，锌开始沉淀（假定Zn2+浓度为0.1molL﹣1）．若上述过程不加H2O2 ， 其后果和原因是

Answer 1

【答案】
（1）5Mn2++2ClO3﹣+4H2O=5MnO2+Cl2↑+8H+
（2）氯酸钠
（3）MnO2+H2O+e﹣═MnOOH+OH﹣；0.5
（4）2MnOOH+H2C2O4+2H2SO4=2CO2↑+2MnSO4+4H2O；取少量黑色固体放入试管中，加入少量浓盐酸并加热，产生黄绿色气体，说明黑色固体为MnO2
（5）2.7；6；Zn（OH）2、Fe（OH）2的Ksp相近，Zn2+和Fe2+分离不开
【解析】解：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 ． （1）0.1mol/L的NaClO3溶液200ml的物质的量是0.02mol，当生成0.05molMnO2时，转移电子的物质的量是0.05mol×（4﹣2）=0.1mol，根据电子得失守恒可知0.02mol氯酸钠得到0.1mol电子，因此氯元素的化合价变化5价，即从+5价降低到0价，因此还原产物是氯气，所以该反应离子方程式为2ClO3﹣+5Mn2++4H2O=5MnO2+8H++Cl2↑，所以答案是：2ClO3﹣+5Mn2++4H2O=5MnO2+8H++Cl2↑；（2）氯气与热的氢氧化钠溶液反应生成氯酸钠、氯化钠和水，因此可以循环的物质B是氯酸钠，
所以答案是：氯酸钠；（3）原电池中负极失去电子，正极得到电子，因此碱性锌锰电池放电时，正极是二氧化锰得到电子，则电极反应式为：MnO2+H2O+e﹣=MnO（OH）+OH﹣；5分钟转移电子的电量Q=It=5A×300s=1500C，转移电子的物质的量为 = ≈0.0155mol，则消耗的Zn的质量为 ×65g/mol=0.5g；所以答案是：MnO2+H2O+e﹣═MnOOH+OH﹣；0.5g；（4）因为反应物有稀草酸，产物有二氧化碳，则说明碳元素化合价升高发生氧化还原反应，所以锰化合价降低生成二价的MnSO4 ， 方程式为2MnOOH+H2C2O4+2H2SO4=2CO2↑+2MnSO4+4H2O；根据实验室制氯气的反应原理，取少量黑色固体放入试管中，加入少量浓盐酸并加热，产生黄绿色气体，说明黑色固体为MnO2；所以答案是：2MnOOH+H2C2O4+2H2SO4=2CO2↑+2MnSO4+4H2O；取少量黑色固体放入试管中，加入少量浓盐酸并加热，产生黄绿色气体，说明黑色固体为MnO2；（5）铁加入稀H2SO4和H2O2 ， 可被氧化生成Fe3+ ， 铁刚好沉淀完全时离子浓度小于1×10﹣5molL﹣1 ， 因Ksp=10﹣39 ，
则c（OH﹣）= mol/L≈0.5×10﹣11mol/L，此时pH=2.7，
如锌开始沉淀，则c（OH﹣）= mol/L=10﹣8mol/L，此时pH=6，
由表中数据可知Zn（OH）2、Fe（OH）2的Ksp相近，如不加H2O2 ， 则Zn2+和Fe2+分离不开，
所以答案是：Fe3+；2.7；6；Zn（OH）2、Fe（OH）2的Ksp相近，Zn2+和Fe2+分离不开．