Question

【題目】用軟錳礦（MnO2）、黃鐵礦（FeS2）酸浸生產(chǎn)硫酸錳（MnSO4），并進一步制取電解二氧化錳（EMD）的工藝流程如下：

I. 將軟錳礦、黃鐵礦和硫酸按一定比例放入反應釜中，攪拌，加熱保溫反應一定時間。

II. 向反應釜中加入MnO2、CaCO3試劑，再加入Na2S溶液除掉浸出液中的重金屬。

III. 過濾，向濾液中加入凈化劑進一步凈化，再過濾，得到精制MnSO4溶液。

IV. 將精制MnSO4溶液送入電解槽，電解制得EMD。

請回答下列問題：

（1）步驟I中攪拌、加熱的目的是________。完成酸浸過程中反應的離子方程式：

FeS2 + MnO2 + === Mn2+ + Fe2+ + S + SO42-+ ，_____________________

（2）步驟II中加入MnO2用于將浸出液中的Fe2+轉(zhuǎn)化為Fe3+，該反應的離子方程式是________。加入CaCO3將浸出液pH調(diào)至pH=5，從而除掉鐵，請解釋用CaCO3除鐵的原理：________。

（3）步驟IV中用如圖所示的電解裝置電解精制的MnSO4溶液，生成EMD的是________極（填“a”或“b”），生成EMD的電極反應式是_________。

（4）EMD可用作堿性鋅錳電池的材料。已知堿性鋅錳電池的反應式為：Zn＋2MnO2＋2H2O＝2MnOOH＋Zn(OH)2。下列關(guān)于堿性鋅錳電池的說法正確的是________（填字母序號）。

A．堿性鋅錳電池是二次電池

B．堿性鋅錳電池將化學能轉(zhuǎn)化為電能

C．正極反應為：2MnO2＋2H2O＋2e－＝2MnOOH＋2OH－

D．堿性鋅錳電池工作時，電子由MnO2經(jīng)外電路流向Zn極

Answer 1

【答案】 加快反應速率，充分接觸 FeS2 + 4MnO2 + 8H+ === 4Mn2+ + Fe2+ + S + SO42- + 4H2O MnO2 + 4H+ + 2Fe2+ === Mn2+ + 2Fe3+ + 2H2O Fe3++3H2O Fe(OH)3 + 3H+，加入CaCO3后，由于CaCO3(s) Ca2+(aq) + CO32-(aq)，CO32- + 2H+ === CO2↑ + H2O（或CaCO3與H+反應），使得Fe3+的水解平衡向正反應方向移動，Fe3+轉(zhuǎn)化為Fe(OH)3沉淀而被除去 b Mn2+ + 2H2O - 2e- === MnO2 + 4H+ BC

【解析】試題分析：（1）步驟I中攪拌、加熱可以加快反應速率；根據(jù)得失電子守恒、電荷守恒配平離子方程式；（2）步驟II中加入MnO2， Fe2+被氧化為Fe3+，MnO2被還原為Mn2+；加入 CaCO3與H+反應，使Fe3+的水解平衡Fe3++3H2O Fe(OH)3 + 3H+向正反應方向移動；（3）MnSO4生成MnO2，發(fā)生氧化反應，所以生成MnO2的電極是陽極；（4）堿性鋅錳電池是一次電池；電池將化學能轉(zhuǎn)化為電能；正極MnO2得電子發(fā)生還原反應生成MnOOH；堿性鋅錳電池工作時， MnO2是正極；

解析：（1）步驟I中攪拌、加熱可以使反應物充分接觸、加快反應速率；FeS2中S元素化合共價升高8，MnO2中Mn元素化合價降低2，根據(jù)得失電子守恒和電荷守恒，配平離子方程式為FeS2 + 4MnO2 + 8H+ === 4Mn2+ + Fe2+ + S + SO42- + 4H2O；（2）步驟II中加入MnO2， Fe2+被氧化為Fe3+，MnO2被還原為Mn2+，反應離子方程式是MnO2 + 4H+ + 2Fe2+ === Mn2+ + 2Fe3+ + 2H2O；加入CaCO3后，由于CaCO3(s) Ca2+(aq) + CO32-(aq)，CO32- + 2H+ === CO2↑ + H2O，氫離子濃度減小，F(xiàn)e3++3H2O Fe(OH)3 + 3H+向正反應方向移動，所以加入CaCO3將浸出液pH調(diào)至pH=5，F(xiàn)e3+轉(zhuǎn)化為Fe(OH)3沉淀而被除去；（3）MnSO4生成MnO2，發(fā)生氧化反應，所以生成MnO2的電極是陽極，選b；生成MnO2的電極反應式是Mn2+ + 2H2O - 2e- === MnO2 + 4H+；（4）堿性鋅錳電池是一次電池，故A錯誤；電池將化學能轉(zhuǎn)化為電能，故B正確；正極MnO2得電子發(fā)生還原反應生成MnOOH，正極反應式是2MnO2＋2H2O＋2e－＝2MnOOH＋2OH－，故C正確；堿性鋅錳電池工作時， MnO2是正極，電子由Zn極經(jīng)外電路流向MnO2，故D錯誤。