Question

【題目】二氧化錳是制造鋅錳干電池的基本材料，工業(yè)上以軟錳礦、菱錳礦為原料來制備。某軟錳礦主要成分為MnO2，還含有Si(16.27%)、Fe(5.86%)、Al(3.42%)、Zn(2.68%)和Cu(0.86%)等元素的化合物，其處理流程圖如下：

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

(1)硫酸亞鐵在酸性條件下將MnO2還原為MnSO4，酸浸時發(fā)生的主要反應(yīng)的化學(xué)方程式為_____________________________________________________________。

(2)“氨水、攪拌”，其中“攪拌”不僅能加快反應(yīng)速率，還能___________________________；濾渣A的成分是Fe(OH)3、Al(OH)3，加入氨水需調(diào)節(jié)pH至少達(dá)到____________，恰好能使Fe3＋、Al3＋沉淀完全(當(dāng)c≤10－5 mol·L－1時，認(rèn)為該離子沉淀完全)。

(3)濾渣B的成分是______________。

(4)堿性鋅錳電池中，MnO2參與的電極反應(yīng)式為__________________________________。

(5)MnO2也可在MnSO4－H2SO4－H2O為體系的電解液中電解獲得，其陽極反應(yīng)式為___________________________________。

(6)工業(yè)上采用間接氧化還原滴定法測定MnO2純度，其操作過程如下：準(zhǔn)確稱量0.920 0 g該樣品，與足量酸性KI溶液充分反應(yīng)后，配制成100 mL溶液。取其中10.00 mL，恰好與25.00 mL 0.080 0 mol·L－1Na2S2O3溶液反應(yīng)(I2＋2S2O===2I－＋S4O)。計算可得該樣品純度為_____________。（保留一位小數(shù)）

Answer 1

【答案】MnO2＋2FeSO4＋2H2SO4===MnSO4＋Fe2(SO4)3＋2H2O 充分氧化過量的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）硫酸亞鐵在酸性條件下將MnO2還原為MnSO4，亞鐵離子被氧化為鐵離子，酸浸時發(fā)生的主要反應(yīng)的化學(xué)方程式為MnO2＋2FeSO4＋2H2SO4=MnSO4＋Fe2(SO4)3＋2H2O；

綜上所述，本題答案是：MnO2＋2FeSO4＋2H2SO4=MnSO4＋Fe2(SO4)3＋2H2O。

（2）由于酸浸過程中加入了過量的亞鐵離子，因此攪拌可以使溶液充分接觸氧氣使亞鐵離子被氧化，故攪拌的目的是：充分氧化過量的亞鐵離子；比較氫氧化鋁和氫氧化鐵的Ksp可知， Fe3+先沉淀， Al3+后沉淀，要想使Fe3+和Al3+恰好完全沉淀，則c(Al3+)小于等于10－5 mol·L－1，根據(jù)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；因此加入氨水需調(diào)節(jié)pH至少達(dá)到5.3，恰好能使Fe3＋、Al3＋沉淀完全；

綜上所述，本題答案是：充分氧化過量的Fe2＋；5.3。

（3）加入氨水后過濾所得濾液中還含有銅離子、鋅離子，再加入硫化錳后，銅離子、鋅離子與硫離子結(jié)合產(chǎn)生更難溶的CuS、ZnS沉淀，因此濾渣B的成分是CuS、ZnS；

綜上所述，本題答案是：CuS、ZnS。

（4）堿性環(huán)境下，MnO2在正極發(fā)生還原反應(yīng)，生成MnO(OH)或Mn2O3，電極反應(yīng)式為MnO2＋H2O＋e－=MnO(OH)＋OH－(或2MnO2＋H2O＋2e－=Mn2O3＋2OH－)；

綜上所述，本題答案是：MnO2＋H2O＋e－=MnO(OH)＋OH－(或2MnO2＋H2O＋2e－=Mn2O3＋2OH－)，

（5）酸性環(huán)境下，Mn2+在陽極發(fā)生氧化反應(yīng)生成MnO2，反應(yīng)式為Mn2＋－2e－＋2H2O=MnO2＋4H＋ ；

綜上所述，本題答案是：Mn2＋－2e－＋2H2O=MnO2＋4H＋。

（6）根據(jù)反應(yīng)：MnO2+4H++2I-= Mn2＋+2H2O+ I2，I2＋2S2O32-=2I－＋S4O62-得到關(guān)系MnO2~I2~2 S2O32-；由題干可知，n(MnO2)=1/2×(100/10)×0.025×0.0800 mol =0.01mol，其質(zhì)量為0.01 mol×87g/mol=0.87g；因此樣品純度為0.87g÷0.92g×100%=94.6%；

綜上所述，本題答案是：94.6%。