Question

16．电解制金属锰的阳极泥中主要含有MnO₂，MnO等．利用该阳极泥生产MnO₂的工艺流程如下：

已知：①部分物质的溶解性或K_sp如表：

物质	MnSO4	Mn（OH）2	MnO2
溶解性或Ksp	易溶	1.9×10-13	难溶

②Na₂MnO₄，在pH≤7的环境中，易歧化为MnO₂和高锰酸钾．
回答下列问题：
（1）电解MnSO₄溶液时，阴极为Mn²⁺得电子被还原为金属Mn，阳极反应式为2H₂O-4e^-=O₂↑+4H⁺．
电解过程中溶液的pH不能过高，也不能过低，需要控制电解液的pH≈6.8，原因是pH过高，Mn²⁺生成Mn（OH）₂，pH过低时，阴极上氢离子放电．
（2）步骤①中+2价Mn和+4价Mn均被氧化为Na₂MnO₄，写出该步骤中+2价Mn反应的化学方程式：MnO+2NaOH+O₂$\frac{\underline{\;煅烧\;}}{\;}$Na₂MnO₄+H₂O．
（3）步骤②一④均采用pH≈10的环境，目的是提高产品中Mn的转化率．
（4）步骤④中氧化剂与还原剂的物质的量之比为2：1，则氧化产物的化学式为CO₂．该反应中除氧化产物和还原产物的另外一种生成物的化学式为NaOH．
（5）步骤⑥为烘干操作，所用的烘干设备可能是BD（填字母）．
A．鼓风机         B．烘干机         C．压榨机         D．红外烘箱
（6）产率与步骤①煅烧温度的关系如图所示：

步骤①最好选用的煅烧温度约为B°C（填字母）．
A.340            B.460          C.490           D.550．

Answer 1

分析 步骤①中+2价Mn和+4价Mn均被氧化为Na₂MnO₄，反应方程式分别为2MnO₂+O₂+4NaOH$\frac{\underline{\;煅烧\;}}{\;}$2Na₂MnO₄+2H₂O、MnO+2NaOH+O₂$\frac{\underline{\;煅烧\;}}{\;}$Na₂MnO₄+H₂O，加入水溶解后过滤，滤液中含有NaOH和Na₂MnO₄，向滤液中加入甲醛，发生氧化还原反应，步骤④中氧化剂与还原剂的物质的量之比为2：1，Mn元素化合价由+6价变为+4价，该反应中Mn元素转移电子4，C元素转移电子为4时，其化合价由0价变为+4价，所以生成CO₂，同时该反应中还生成NaOH；过滤洗涤得到滤饼MnO₂，烘干得到产品MnO₂；
（1）电解MnSO₄溶液时，阴极为Mn²⁺得电子被还原为金属Mn，阳极上水失电子生成氧气和氢离子；
电解过程中溶液的pH过高时，Mn²⁺生成Mn（OH）₂，pH过低时，阴极上氢离子放电；
（2）步骤①中+2价Mn被氧化为Na₂MnO₄，氧气被还原，二者反应生成锰酸钠和水；
（3）Na₂MnO₄，在PH≤7的环境中，易歧化为MnO₂和高锰酸钾；
（4）步骤④中氧化剂与还原剂的物质的量之比为2：1，根据转移电子守恒知，氧化产物是二氧化碳，根据元素守恒、原子守恒知还生成另一种物质是NaOH；
（5）步骤⑥为烘干操作，所用的烘干设备可能是烘干机或核外烘箱；
（6）根据图知，340-460℃之间，随着温度的升高，产率增大，大于460℃时，升高温度产率降低．

解答 解：步骤①中+2价Mn和+4价Mn均被氧化为Na₂MnO₄，反应方程式分别为2MnO₂+O₂+4NaOH$\frac{\underline{\;煅烧\;}}{\;}$2Na₂MnO₄+2H₂O、MnO+2NaOH+O₂$\frac{\underline{\;煅烧\;}}{\;}$Na₂MnO₄+H₂O，加入水溶解后过滤，滤液中含有NaOH和Na₂MnO₄，向滤液中加入甲醛，发生氧化还原反应，步骤④中氧化剂与还原剂的物质的量之比为2：1，Mn元素化合价由+6价变为+4价，该反应中Mn元素转移电子4，C元素转移电子为4时，其化合价由0价变为+4价，所以生成CO₂，同时该反应中还生成NaOH；过滤洗涤得到滤饼MnO₂，烘干得到产品MnO₂；
（1）电解MnSO₄溶液时，阴极为Mn²⁺得电子被还原为金属Mn，阳极上水失电子生成氧气和氢离子，电极反应式为2H₂O-4e^-=O₂↑+4H⁺；
电解过程中溶液的pH过高时，Mn²⁺生成Mn（OH）₂，pH过低时，阴极上氢离子放电，得不到MnO₂，
故答案为：2H₂O-4e^-=O₂↑+4H⁺；pH过高，Mn²⁺生成Mn（OH）₂，pH过低时，阴极上氢离子放电；
（2）步骤①中+2价Mn被氧化为Na₂MnO₄，氧气被还原，二者反应生成锰酸钠和水，反应方程式为MnO+2NaOH+O₂$\frac{\underline{\;煅烧\;}}{\;}$Na₂MnO₄+H₂O，
故答案为：MnO+2NaOH+O₂$\frac{\underline{\;煅烧\;}}{\;}$Na₂MnO₄+H₂O；
（3）Na₂MnO₄，在PH≤7的环境中，易歧化为MnO₂和高锰酸钾，从而降低Mn的转化率，为提高Mn的转化率，所以要控制溶液的pH为10左右，
故答案为：提高产品中Mn的转化率；
（4）向滤液中加入甲醛，发生氧化还原反应，步骤④中氧化剂与还原剂的物质的量之比为2：1，Mn元素化合价由+6价变为+4价，该反应中Mn元素转移电子4，C元素转移电子为4时，其化合价由0价变为+4价，所以生成CO₂，同时该反应中还生成NaOH，
故答案为：CO₂；NaOH；
（5）步骤⑥为烘干操作，所用的烘干设备可能是烘干机或核外烘箱，鼓风机和压榨机都没有烘干效果，故答案为：BD；
（6）根据图知，340-460℃之间，随着温度的升高，产率增大，大于460℃时，升高温度产率降低，所以步骤①最好选用的煅烧温度约为460°C，
故答案为：B．

点评 本题考查物质制备，为高频考点，侧重考查学生对题干信息的获取、加工、灵活应用知识解答问题能力，涉及电解原理、氧化还原法等知识点，明确元素化合物性质、物质分离提纯方法、化学反应原理等知识点是解本题关键，注意（1）题电解时离子放电顺序还与离子浓度有关，为易错点．