Question

二氧化錳可用作干電池去極劑，合成工業(yè)的催化劑和氧化劑，玻璃工業(yè)和搪瓷工業(yè)的著色劑、消色劑、脫鐵劑等．
Ⅰ．（1）鋅-錳堿性電池具有容量大、放電電流大的特點(diǎn)，因而得到廣泛應(yīng)用．電池的總反應(yīng)式為Zn（s）+2MnO₂（s）+H₂O（l）═Zn（OH）₂（s）+Mn₂O₃（s）．電池的正極反應(yīng)式為

 

Ⅱ．某化學(xué)研究性學(xué)習(xí)小組擬從廢舊干電池中回收二氧化錳制取碳酸錳．
①將干電池剖切、分選得到黑色混合物（主要成分為MnO₂）洗滌、過(guò)濾、烘干．
②將上述固體按固液體積比2：9加入濃鹽酸、加熱，反應(yīng)完全后過(guò)濾、濃縮．
③向上述溶液中加入Na₂CO₃溶液，邊加邊攪拌，再過(guò)濾即可得到碳酸錳．
（2）在第②步中，將上述固體與濃鹽酸混合的目的是

 

（3）有人認(rèn)為，將第③步中的Na₂CO₃溶液換成NH₄HCO₃溶液，也能達(dá)到上述目的，但同時(shí)有氣體生成．請(qǐng)寫(xiě)出加入NH₄HCO₃溶液時(shí)發(fā)生的離子反應(yīng)方程式：

 

Ⅲ．濕法煉錳即電解硫酸錳溶液法．電解錳的生產(chǎn)過(guò)程分為化合浸取、氧化凈化及沉淀除雜、產(chǎn)品回收．其生產(chǎn)工藝流程如下：

已知：①菱錳礦中主要成份是碳酸錳，主要雜質(zhì)是Fe²⁺、Co²⁺、Ni²⁺．
②生成氫氧化物的pH如下表：（若某離子濃度小于等于10^-5mol/L，則認(rèn)為完全沉淀）

物質(zhì)	Fe（OH）2	Ni（OH）2	Co（OH）2	Mn（OH）2
開(kāi)始沉淀pH	7.5	7.7	7.6	8.3
完全沉淀pH	9.7	8.4	8.2	9.8

③有關(guān)難溶氫氧化物和硫化物pK_sp數(shù)據(jù)（pK_sp=-lgK_sp）：

難溶物質(zhì)	Fe（OH）3	Ni（OH）2	Co（OH）2	NiS	CoS
pKsp	38.55	15.26	14.7	18.49	20.40

（4）菱錳礦粉與硫酸反應(yīng)的化學(xué)方程式是

 

．
（5）使用氨水的目的是調(diào)節(jié)pH值在

 

之間（填pH范圍，精確到小數(shù)點(diǎn)后1位數(shù)字）．在“浸出液”中加入（NH₄）₂S（硫化銨）的目的是

 

（6）電解槽中使用的是惰性電極板，電解反應(yīng)方程式為

 

．

Answer 1

考點(diǎn)：物質(zhì)分離和提純的方法和基本操作綜合應(yīng)用,常見(jiàn)化學(xué)電源的種類及其工作原理,難溶電解質(zhì)的溶解平衡及沉淀轉(zhuǎn)化的本質(zhì)

專題：實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)題,電化學(xué)專題

分析：（1）根據(jù)電池總反應(yīng)式為：Zn（s）+2MnO₂（s）+H₂O（l）═Zn（OH）₂（s）+Mn₂O₃（s），可知反應(yīng)中Zn被氧化，為原電池的負(fù)極，負(fù)極反應(yīng)為Zn-2e^-+2OH^-═Zn（OH）₂，MnO₂為原電池的正極，發(fā)生還原反應(yīng)，正極反應(yīng)為2MnO₂（s）+H₂O（1）+2e^-═Mn₂O₃（s）+2OH^-（aq）；
（2）在第②步中，將上述固體與濃鹽酸混合的目的是利用濃鹽酸還原二氧化錳為錳離子；
（3）將第③步中的Na₂CO₃溶液換成NH₄HCO₃溶液，也能達(dá)到上述目的，但同時(shí)有氣體生成為二氧化碳?xì)怏w；
（4）菱錳礦粉與硫酸反應(yīng)生成硫酸錳二氧化碳和水；
（5）氨水可以將鐵離子沉淀，根據(jù)氫氧化鐵的Ksp來(lái)計(jì)算完全沉淀鐵離子所需的溶液的pH即可，硫化銨可以將鈷離子以及鎳離子沉淀；
（6）根據(jù)電解池的工作原理來(lái)回答即可．

解答： 解：（1）根據(jù)電池總反應(yīng)式為：Zn（s）+2MnO₂（s）+H₂O（l）═Zn（OH）₂（s）+Mn₂O₃（s），可知反應(yīng)中Zn被氧化，為原電池的負(fù)極，負(fù)極反應(yīng)為Zn-2e^-+2OH^-═Zn（OH）₂，MnO₂為原電池的正極，發(fā)生還原反應(yīng)，正極反應(yīng)為2MnO₂+2e^-+H₂O═Mn₂O₃+2OH^-；
故答案為：2MnO₂+2e^-+H₂O═Mn₂O₃+2OH^-；
（2）在第②步中，將上述固體與濃鹽酸混合的目的是利用濃鹽酸還原二氧化錳為錳離子；
故答案為：將MnO₂ 還原成Mn²⁺；
（3）將第③步中的Na₂CO₃溶液換成NH₄HCO₃溶液，也能達(dá)到上述目的，但同時(shí)有氣體生成為二氧化碳?xì)怏w，反應(yīng)的離子方程式為：Mn²⁺+2HCO₃^-=MnCO₃↓+CO₂↑+H₂O；
故答案為：Mn²⁺+2HCO₃^-=MnCO₃↓+CO₂↑+H₂O；
（4）菱錳礦粉與硫酸反應(yīng)的化學(xué)方程式是：MnCO₃+H₂SO₄═MnSO₄+H₂O+CO₂↑，故答案為：MnCO₃+H₂SO₄═MnSO₄+H₂O+CO₂↑；
（5）氨水可以將鐵離子沉淀，氫氧化鐵的Ksp=c³（OH^-）?c（Fe³⁺），鐵離子完全沉淀時(shí)，鐵離子的濃度是1×10^-5mol/L，此時(shí)c（OH^-）=

3	10-38.55 10-5

≈10^-11.2mol/L，所以c（H⁺）=10^-3.8mol/L，所以pH=3.8，所以將鐵離子沉淀完全，但是錳離子未沉淀的范圍是3.8～8.3，此范圍內(nèi)Co²⁺已經(jīng)沉淀完全，所以再加入硫化銨將Ni²⁺沉淀，故答案為：3.8～8.3；作沉淀劑，將Ni²⁺沉淀；
（6）根據(jù)電解池的工作原理，電解硫酸錳溶液生成錳、硫酸和氧氣，電解反應(yīng)方程式為：2MnSO₄+2H₂O

電解  .

2H₂SO₄+O₂↑+2Mn，
故答案為：2MnSO₄+2H₂O

電解  .

2H₂SO₄+O₂↑+2Mn．

點(diǎn)評(píng)：本題考查了物質(zhì)分離流程分析，物質(zhì)性質(zhì)理解應(yīng)用，主要是分離混合物的實(shí)驗(yàn)過(guò)程分析判斷，掌握基礎(chǔ)是關(guān)鍵，題目難度中等．