Question

(16分) 以電解法生產(chǎn)金屬錳產(chǎn)生的陽極泥中，其錳含量高達40%～50%，主要成分為MnO2的水合物，且含有顯著量的Pb2+、Sn2+等重金屬雜質(zhì)。本工藝采用的木屑富含的纖維素在較濃硫酸的作用下膨脹、水解生成還原糖，酸性條件下，可與二氧化錳反應生成可溶性的硫酸錳。

（1）工業(yè)上電解硫酸錳的水溶液生產(chǎn)金屬錳，陽極的電極反應式為 。

（2）寫出木屑水解反應的化學方程式： 。配平浸出步驟反應方程式C6H12O6 + MnO2 + H2SO4→ MnSO4 + CO2 + H2O

（3）若取消除酸操作步驟，將會產(chǎn)生 氣體（填化學式）而污染環(huán)境；

（4）本工藝的一種副產(chǎn)品是重要的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)資料，寫出其化學式 ；

（5）取一定量的陽極泥進行實驗分析，得到如下圖像。硫酸的最合適用量為 mL，若再增加硫酸的用量，將會導致 （填化學式）的消耗量增大。

（6）某陽極泥中MnO2（相對分子質(zhì)量為87）的質(zhì)量分數(shù)為50.0%，將174g該陽極泥與320g36.5%的濃鹽酸混合加熱，則產(chǎn)生的氯氣在標準狀況下應少于 L。（假設陽極泥中的其它成分不參與反應）

 

Answer 1

（1）4OH- -4e- ＝O2 + 2H2O 或2H2O – 4e-＝O2↑ + 4H+

（2）(C6H10O5)n + nH2OnC6H12O6； C6H12O6 + 12MnO2 + 12H2SO4→12MnSO4 + 6CO2↑+18H2O。

（3）H2S或SO2（寫出其中一個即得分） （4）(NH4)2SO4 （5）28，CaCO3 （6）17.92

【解析】

試題分析：（1）電解池中陽極失去電子，發(fā)生氧化反應，則工業(yè)上電解硫酸錳的水溶液生產(chǎn)金屬錳時陽極是溶液中的氫氧根離子放電產(chǎn)生氧氣，其電極反應式為為4OH- -4e- ＝O2 + 2H2O。

（2）木屑中含有纖維素，在硫酸的作用下水解生成葡萄糖，則水解反應的化學方程式為(C6H10O5)n + nH2OnC6H12O6；根據(jù)反應式可知葡萄糖中碳元素的化合價從0價升高到＋4價，失去4個電子，而錳元素的化合價從＋4價降低到＋2價，得到2個電子，因此還原劑與氧化劑的物質(zhì)的量之比是1:12，所以配平后的化學方程式為 C6H12O6 + 12MnO2 + 12H2SO4→12MnSO4 + 6CO2↑+18H2O。

（3）若取消除酸操作步驟，則在后續(xù)操作中需要加入硫化銨，因此氫離子與硫離子結合生成H2S氣體而污染環(huán)境。

（4）根據(jù)流程圖可知溶液中的硫酸根與溶液中的銨根結合生成(NH4)2SO4，硫酸銨可用于化肥。

（5）根據(jù)圖像可知，當硫酸用量達到28ml時，錳的浸出率幾乎不再增加，因此硫酸的最合適用量為28mL.由于過量的硫酸需要通過碳酸鈣除去，因此若再增加硫酸的用量，將會導致CaCO3的消耗量增大。

（6）二氧化錳的質(zhì)量＝174g×0.5＝87g，物質(zhì)的量是1mol。氯化氫的物質(zhì)的量＝320g×36.5%÷36.5g/mol＝3.2mol。根據(jù)反應式MnO2＋4HCl(濃)△MnCl2＋2H2O＋Cl2↑可知二氧化錳過量，因此產(chǎn)生的氯氣物質(zhì)的量是3.2mol÷4＝0.8mol，但由于隨著反應的進行，鹽酸的濃度逐漸降低，所以實際產(chǎn)生的鹽酸的物質(zhì)的量小于0.8mol，即小于0.8mol×22.4L/mol＝17.92L。

考點：考查硫酸錳工藝流程的有關判斷與計算