Question

锌锰废电池可用于生产硫酸锌及碳酸锰，其工艺流程分为预处理、硫酸锌生产线、碳酸锰生产线三部分．其中生产碳酸锰的工艺流程如下：

请回答下列问题：
（1）锌锰废电池的回收工艺中，从循环生产角度考虑，上述氢气的来源可以是

 

．
（2）原料锰粉粗品的主要成分为MnO₂和碳，焙烧时一部分MnO₂被还原，另一部分被碳还原，MnO₂被还原为一氧化锰．已知：2MnO₂（s）+C（s）═2MnO（s）+CO₂（g）；△H=-174.6kJmol^-1
C（s）+CO₂（g）═2CO（g）；△H=+283kJmol^-1
写出C（s）被MnO₂（s）氧化为CO（g）的热化学方程式：

 

．
（3）50-55℃时，向MnSO₄的母液中加入足量NH₄HCO₃，反应的化学方程式为MnSO₄⁺
2NH₄HCO₃═（NH₄）₂SO₄+□

 

+□

 

+□

 

．
（4）已知三种离子沉淀时的pH范围：Fe³⁺：2.7-3.7，Mn²⁺：8.6-10.1，Fe：7.6-9.6．步骤②中除去的方法是先在酸性条件下加入

 

，将Fe²⁺氧化为Fe³⁺，然后再将pH调至

 

，使Fe³⁺沉淀完全．
（5）产品MnCO₃溶于硫酸得硫酸锰溶液，电解该溶液可得二氧化锰，写出阳极的电极反应式：

 

．

Answer 1

考点：制备实验方案的设计,物质分离和提纯的方法和基本操作综合应用

专题：实验设计题

分析：（1）电池外壳锌皮与硫酸反应可以生成氢气；
（2）两个方程式相加再除以2得到所求的方程式，两个△H相加除以2即得反应的△H；
（3）该流程的目的是制取碳酸锰，分析反应物相互交换成分后除生成碳酸锰之外，还会生成二氧化碳和水；
（4）将Fe²⁺氧化为Fe³⁺，加入氧化剂，还不能引入新的杂质；控制pH使铁离子转化为沉淀，锰离子不能转化为沉淀，根据形成沉淀的pH范围分析；
（5）硫酸锰溶液中的锰离子转化为二氧化锰发生氧化反应，在阳极上发生，故阳极反应为锰离子失去电子结合水中的氧生成二氧化锰和氢离子．

解答： 解：（1）锌锰废电池的负极为锌，即电池外壳锌皮，锌与硫酸反应可以生成氢气，则流程中氢气的来源为：用电池外壳锌皮与硫酸作用生产硫酸锌时的副产物；
故答案为：用电池外壳锌皮与硫酸作用生产硫酸锌时的副产物；
（2）已知：2MnO₂（s）+C（s）═2MnO（s）+CO₂（g）；△H=-174.6kJmol^-1 ①，
C（s）+CO₂（g）═2CO（g）；△H=+283kJmol^-1 ②
由盖斯定律：（①+②）×

1

2

得 MnO₂（s）+C（s）=MnO（s）+CO（g）△H=（-174.6+283）×

1

2

=+54.2kJ?mol^-1；
故答案为：MnO₂（s）+C（s）=MnO（s）+CO（g）△H=+54.2kJ?mol^-1；
（3）该流程的目的是制取碳酸锰，向MnSO₄的母液中加入足量NH₄HCO₃，反应生成碳酸锰之外，还会生成二氧化碳和水，
其化学方程式为：MnSO₄+2NH₄HCO₃=（NH₄）₂SO₄+MnCO₃↓+H₂O+CO₂↑；
故答案为：MnCO₃↓、H₂O、CO₂↑；
（4）将Fe²⁺氧化为Fe³⁺，加入氧化剂，还不能引入新的杂质，可以用H₂O₂，其还原产物为水不会引入新的杂质；控制pH使铁离子转化为沉淀，锰离子不能转化为沉淀，已知离子沉淀时的pH范围：Fe³⁺：2.7-3.7，Mn²⁺：8.6-10.1，则调节pH为3.7～8.6之间，使Fe³⁺完全沉淀，而Mn²⁺不沉淀；
故答案为：H₂O₂；3.7～8.6；
（5）硫酸锰溶液中的锰离子转化为二氧化锰发生氧化反应，在阳极上发生，故阳极反应为锰离子失去电子结合水中的氧生成二氧化锰和氢离子，其电极方程式为：Mn²⁺+2H₂O-2e^-=MnO₂+4H⁺；
故答案为：Mn²⁺+2H₂O-2e^-=MnO₂+4H⁺．

点评：本题考查了物质制备方案设计，题目涉及盖斯定律的应用、离子方程式的书写、电极反应式的书写、氧化剂的选择等知识，题目难度中等，侧重于考查学生对基础知识的综合应用能力．