Question

回收的廢舊鋅錳干電池經(jīng)過處理后得到錳粉(含MnO₂、Mn(OH)₂、Fe、乙炔和黑炭等)，由錳粉制取MnO₂的步驟如下圖所示。

根據(jù)上圖所示步驟并參考表格數(shù)據(jù)，回答下列問題。

物 質(zhì)	開始沉淀	沉淀完全
Fe(OH)3	2.7	3.7
Fe(OH)2	7.6	9.6
Mn(OH)2	8.3	9.8

 
（1）在加熱條件下用濃鹽酸浸取錳粉，所得溶液中含有Mn²⁺、Fe²⁺等。MnO₂與濃鹽酸反應(yīng)的離子方程方程式：                                                      _。
（2）酸浸時(shí)，浸出時(shí)間對錳浸出率的影響如下圖所示，工業(yè)采用的是浸取60 min，其可能原因是                                                    。

（3）錳粉經(jīng)濃鹽酸浸取，過濾I除去不溶雜質(zhì)后，向?yàn)V液中加入足量H₂O₂溶液，其作用是                                 。
（4）過濾I所得濾液經(jīng)氧化后，需加入NaOH溶液調(diào)節(jié)pH約為5.1，其目的是                                              。
（5）過濾Ⅱ所得濾液加入足量H₂O₂溶液并加入NaOH溶液調(diào)節(jié)pH約為9，使Mn²⁺ 氧化得到MnO₂，反應(yīng)的離于方程式為                                                     。
（6）工業(yè)上利用KOH和MnO₂為原料制取KMnO₄。主要生產(chǎn)過程分兩步進(jìn)行：第一步將MnO₂和固體KOH粉碎，混合均勻，在空氣中加熱至熔化，并連續(xù)攪拌以制取K₂MnO₄；第二步為電解K₂MnO₄的濃溶液制取KMnO₄。
① 第一步反應(yīng)的化學(xué)方程式為                                                            。
② 電解K₂MnO₄的濃溶液時(shí)，電解池中陰極的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象為                                        。

Answer 1

（1）MnO₂ + 4H⁺ + 2Cl^- =Mn²⁺ + Cl₂↑+ 2H₂O(3分)
（2）60min后，再延長浸出時(shí)間，增加生產(chǎn)成本，而浸出的量不明顯；(2分）
（3）將Fe²⁺轉(zhuǎn)化為Fe³⁺(2分）
（4）使Fe³⁺完全轉(zhuǎn)化為Fe(OH)₃沉淀，并防止Mn²⁺變成Mn(OH)₂(2分)
（5）Mn²⁺ + H₂O₂ + 2OH^- = MnO₂↓+2H₂O(3分)
（6）2MnO₂ + 4KOH + O₂= 2K₂MnO₄ + 2H₂O(2分)；產(chǎn)生無色氣泡(2分)

試題分析：（1）用濃鹽酸浸取錳粉后所得溶液含有Mn²⁺ ，所以MnO₂與濃鹽酸發(fā)生了氧化還原反應(yīng)，結(jié)合學(xué)過的實(shí)驗(yàn)室制氯氣的實(shí)驗(yàn)可知MnO₂與濃鹽酸反應(yīng)的離子方程式為MnO₂ + 4H⁺ + 2Cl^- =Mn²⁺ + Cl₂↑+ 2H₂O。
（2）從浸出率和時(shí)間圖像可以看出，開始隨著時(shí)間增大，浸出率相應(yīng)增大，過了60min后浸出率開始下降，隨后又上升，但是浸出率與60min時(shí)相比變化不大，所以工業(yè)采取的浸出時(shí)間最好是60min，這樣既能使浸出率較高，又能節(jié)約成本。
（3）過濾I除去不溶雜質(zhì)后，溶液中含有大量Fe²⁺ 雜質(zhì)，所以加入足量H₂O₂溶液使Fe²⁺ 轉(zhuǎn)化Fe³⁺ 從而完全沉淀除去。
（4）因?yàn)镕e³⁺ 完全沉淀的pH值為3.7，而溶液中Mn²⁺ 開始沉淀的pH為8.3，所以沉淀Fe³⁺的同時(shí)不能讓Mn²⁺ 沉淀，所以要控制pH值約為5.1。
（5）該氧化還原反應(yīng)離子方程式書寫要注意反應(yīng)的環(huán)境為堿性環(huán)境，有OH-參加，所以判斷出氧化劑和還原劑以及產(chǎn)物后不難得出離子方程式為Mn²⁺ + H₂O₂ + 2OH^- = MnO₂↓+2H₂O。
（6）制備高錳酸鉀第一步中，Mn的化合價(jià)由+4→+6價(jià)，被氧化，所以MnO₂ 作還原劑，反應(yīng)中有氧氣參與反應(yīng)，所以根據(jù)得失電子守恒配平的方程式為：2MnO₂ + 4KOH + O₂= 2K₂MnO₄ + 2H₂O。