Question

【題目】二氧化錳是制造鋅錳干電池的基本材料。工業(yè)上以軟錳礦為原料，利用硫酸亞鐵制備高純度二氧化錳的流程如圖1：

某軟錳礦的主要成分為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．部分陽(yáng)離子以氫氧化物或硫化物的形式完全沉淀時(shí)溶液的pH如表，回答下列問(wèn)題

沉淀物	Al（OH）3	Fe（OH）3	Fe（OH）2	Mn（OH）2	Cu（OH）2	Zn（OH）2	CuS	ZnS	MnS	FeS
pH	5.2	3.2	9.7	10.4	6.7	8.0	≥-0.42	≥2.5	≥7	≥7

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

（2）濾渣A的主要成分是____________；濾渣B的主要成分是__________________；

（3）加入MnS的目的是除去Cu2+、Zn2+雜質(zhì)，可能原因是_________________；

（4）堿性鋅錳電池是一種一次性電池，其結(jié)構(gòu)如圖2所示．該電池放電過(guò)程產(chǎn)生MnOOH．該電池的正極反應(yīng)式為________________，電池總反應(yīng)的方程式為_______________________；

（5）利用該堿性鋅錳電池電解NO制備NH4NO3，其工作原理如圖3所示，X電極__________極，電解時(shí)陽(yáng)極的電極反應(yīng)為________________，使電解產(chǎn)物全部轉(zhuǎn)化為NH4NO3，需補(bǔ)充物質(zhì)A，A是__________；

Answer 1

【答案】2FeSO4+MnO2+2H2SO4=MnSO4+Fe2(SO4)3+2H2O SiO2 Fe(OH)3和Al(OH)3 CuS、ZnS的溶解度較MnS小 MnO2+H2O+e-═MnOOH+OH- Zn+2MnO2+2H2O═2MnOOH+Zn(OH)2 陰 NO-3e-+2H2O=NO3-+4H+ NH3

【解析】

軟錳礦的主要成分為MnO2，還含有Si、Fe、Al、Zn和Cu等元素的化合物，硫酸亞鐵在酸性條件下將MnO2還原為MnSO4，所以酸浸后的濾液中的金屬陽(yáng)離子主要是Mn2+、Fe3+、Al3+、Cu2+、Zn2+、Fe2+等，由離子開(kāi)始沉淀及沉淀完全的pH可知，調(diào)節(jié)pH為5.4，將Fe3+、Al3+沉淀，加入硫化錳將Cu2+、Zn2+沉淀，濾液為硫酸錳溶液，再通過(guò)系列變化得到高純度的二氧化錳。

（1）FeSO4在反應(yīng)條件下將MnO2還原為MnSO4，Fe2+被氧化為Fe3+，故酸浸時(shí)生成硫酸錳、硫酸鐵，根據(jù)元素守恒還有水生成，反應(yīng)方程式為2FeSO4+MnO2+2H2SO4=MnSO4+Fe2(SO4)3+2H2O；

（2）軟錳礦的主要成分為MnO2，還含有Si、Fe、Al、Zn和Cu等元素的化合物，硫酸亞鐵在酸性條件下將MnO2還原為MnSO4，酸浸時(shí)二氧化硅不反應(yīng)，濾渣A為SiO2，酸浸后的過(guò)濾液中含有Mn2+、Fe3+、Al3+、Cu2+、Zn2+、Fe2+，加氨水調(diào)pH至5.4，結(jié)合題中陽(yáng)離子以氫氧化物形式完全沉淀時(shí)溶液的pH可知，Fe3+、Al3+完全轉(zhuǎn)化為Fe(OH)3和Al(OH)3沉淀，其它離子不沉淀，故濾渣B的主要成分為Fe(OH)3和Al(OH)3；

（3）由題中硫化物的Ksp可知，加入MnS是為了生成溶解度更小的CuS、ZnS而除去Cu2+、Zn2+；

（4）在反應(yīng)中Zn元素化合價(jià)升高，被氧化，Zn在負(fù)極反應(yīng)，負(fù)極電極反應(yīng)式為Zn+2OH--2e-═Zn（OH）2，Mn元素化合價(jià)降低，被還原，MnO2在正極反應(yīng)，正極反應(yīng)式為MnO2+H2O+e-═MnOOH+OH-，反應(yīng)的化學(xué)方程式為：Zn+2MnO2+2H2O═2MnOOH+Zn(OH)2；

（5）X極發(fā)生的是NO得到電子生成NH4+的反應(yīng)，所以X極為陰極，Y極發(fā)生的是NO失電子生成NO3-的反應(yīng)，所以Y為陽(yáng)極，電極反應(yīng)為NO-3e-+2H2O=NO3-+4H+，X陰極反應(yīng)為：NO+5e-+6H+=NH4++H2O；使得失電子總數(shù)相等，陽(yáng)極反應(yīng)為5NO-15e-+10H2O=5NO3-+2OH-，陰極反應(yīng)為：3NO+15e-+18H+=3NH4++3H2O，相加得總反應(yīng)方程式為：8NO+7H2O3NH4NO3+2HNO3，因此若要使電解產(chǎn)物全部轉(zhuǎn)化為NH4NO3，需補(bǔ)充NH3，和總反應(yīng)生成硝酸生成硝酸銨。故答案為：NO-3e-+2H2O=NO3-+4H+NH3，NH3。

【點(diǎn)晴】

流程分析是解題關(guān)鍵；軟錳礦的主要成分為MnO2，還含有Si、Fe、Al、Zn和Cu等元素的化合物，硫酸亞鐵在酸性條件下將MnO2還原為MnSO4，所以酸浸后的濾液中的金屬陽(yáng)離子主要是Mn2+、Fe3+、Al3+、Cu2+、Zn2+、Fe2+等，由離子開(kāi)始沉淀及沉淀完全的pH可知，調(diào)節(jié)pH為5.4，將Fe3+、Al3+沉淀，加入硫化錳將Cu2+、Zn2+沉淀，濾液為硫酸錳溶液，再通過(guò)系列變化得到高純度的二氧化錳；據(jù)此解題可迎刃而解。