Question

【题目】二氧化锰是制造锌锰干电池的基本材料，工业上以软锰矿、菱锰矿为原料来制备。某软锰矿主要成分为MnO2，还含有Si(16.27%)、Fe(5.86%)、Al(3.42%)、Zn(2.68%)和Cu(0.86%)等元素的化合物，其处理流程图如下：

化合物	Al(OH)3	Fe(OH)2	Fe(OH)3
Ksp近似值	10－31	10－16	10－38

(1)硫酸亚铁在酸性条件下将MnO2还原为MnSO4，酸浸时发生的主要反应的化学方程式为_____________________________________________________________。

(2)“氨水、搅拌”，其中“搅拌”不仅能加快反应速率，还能___________________________；滤渣A的成分是Fe(OH)3、Al(OH)3，加入氨水需调节pH至少达到____________，恰好能使Fe3＋、Al3＋沉淀完全(当c≤10－5 mol·L－1时，认为该离子沉淀完全)。

(3)滤渣B的成分是______________。

(4)碱性锌锰电池中，MnO2参与的电极反应式为__________________________________。

(5)MnO2也可在MnSO4－H2SO4－H2O为体系的电解液中电解获得，其阳极反应式为___________________________________。

(6)工业上采用间接氧化还原滴定法测定MnO2纯度，其操作过程如下：准确称量0.920 0 g该样品，与足量酸性KI溶液充分反应后，配制成100 mL溶液。取其中10.00 mL，恰好与25.00 mL 0.080 0 mol·L－1Na2S2O3溶液反应(I2＋2S2O===2I－＋S4O)。计算可得该样品纯度为_____________。（保留一位小数）

Answer 1

【答案】MnO2＋2FeSO4＋2H2SO4===MnSO4＋Fe2(SO4)3＋2H2O 充分氧化过量的Fe2＋ 5.3 CuS、ZnS MnO2＋H2O＋e－===MnO(OH)＋OH－(或2MnO2＋H2O＋2e－===Mn2O3＋2OH－) Mn2＋－2e－＋2H2O===MnO2＋4H＋ 94.6%

【解析】

（1）硫酸亚铁在酸性条件下将MnO2还原为MnSO4，亚铁离子被氧化为铁离子，酸浸时发生的主要反应的化学方程式为MnO2＋2FeSO4＋2H2SO4=MnSO4＋Fe2(SO4)3＋2H2O；

综上所述，本题答案是：MnO2＋2FeSO4＋2H2SO4=MnSO4＋Fe2(SO4)3＋2H2O。

（2）由于酸浸过程中加入了过量的亚铁离子，因此搅拌可以使溶液充分接触氧气使亚铁离子被氧化，故搅拌的目的是：充分氧化过量的亚铁离子；比较氢氧化铝和氢氧化铁的Ksp可知， Fe3+先沉淀， Al3+后沉淀，要想使Fe3+和Al3+恰好完全沉淀，则c(Al3+)小于等于10－5 mol·L－1，根据Ksp=c(Al3+)×c3(OH-)=10-31，10－5×c3(OH)=10-31，c(OH-)≈10-8.7，c(H+)=10-5.3，pH=5.3；因此加入氨水需调节pH至少达到5.3，恰好能使Fe3＋、Al3＋沉淀完全；

综上所述，本题答案是：充分氧化过量的Fe2＋；5.3。

（3）加入氨水后过滤所得滤液中还含有铜离子、锌离子，再加入硫化锰后，铜离子、锌离子与硫离子结合产生更难溶的CuS、ZnS沉淀，因此滤渣B的成分是CuS、ZnS；

综上所述，本题答案是：CuS、ZnS。

（4）碱性环境下，MnO2在正极发生还原反应，生成MnO(OH)或Mn2O3，电极反应式为MnO2＋H2O＋e－=MnO(OH)＋OH－(或2MnO2＋H2O＋2e－=Mn2O3＋2OH－)；

综上所述，本题答案是：MnO2＋H2O＋e－=MnO(OH)＋OH－(或2MnO2＋H2O＋2e－=Mn2O3＋2OH－)，

（5）酸性环境下，Mn2+在阳极发生氧化反应生成MnO2，反应式为Mn2＋－2e－＋2H2O=MnO2＋4H＋ ；

综上所述，本题答案是：Mn2＋－2e－＋2H2O=MnO2＋4H＋。

（6）根据反应：MnO2+4H++2I-= Mn2＋+2H2O+ I2，I2＋2S2O32-=2I－＋S4O62-得到关系MnO2~I2~2 S2O32-；由题干可知，n(MnO2)=1/2×(100/10)×0.025×0.0800 mol =0.01mol，其质量为0.01 mol×87g/mol=0.87g；因此样品纯度为0.87g÷0.92g×100%=94.6%；

综上所述，本题答案是：94.6%。