Question

16．電解制金屬錳的陽(yáng)極泥中主要含有MnO₂，MnO等．利用該陽(yáng)極泥生產(chǎn)MnO₂的工藝流程如下：

已知：①部分物質(zhì)的溶解性或K_sp如表：

物質(zhì)	MnSO4	Mn（OH）2	MnO2
溶解性或Ksp	易溶	1.9×10-13	難溶

②Na₂MnO₄，在pH≤7的環(huán)境中，易歧化為MnO₂和高錳酸鉀．
回答下列問(wèn)題：
（1）電解MnSO₄溶液時(shí)，陰極為Mn²⁺得電子被還原為金屬M(fèi)n，陽(yáng)極反應(yīng)式為2H₂O-4e^-=O₂↑+4H⁺．
電解過(guò)程中溶液的pH不能過(guò)高，也不能過(guò)低，需要控制電解液的pH≈6.8，原因是pH過(guò)高，Mn²⁺生成Mn（OH）₂，pH過(guò)低時(shí)，陰極上氫離子放電．
（2）步驟①中+2價(jià)Mn和+4價(jià)Mn均被氧化為Na₂MnO₄，寫(xiě)出該步驟中+2價(jià)Mn反應(yīng)的化學(xué)方程式：MnO+2NaOH+O₂$\frac{\underline{\;煅燒\;}}{\;}$Na₂MnO₄+H₂O．
（3）步驟②一④均采用pH≈10的環(huán)境，目的是提高產(chǎn)品中Mn的轉(zhuǎn)化率．
（4）步驟④中氧化劑與還原劑的物質(zhì)的量之比為2：1，則氧化產(chǎn)物的化學(xué)式為CO₂．該反應(yīng)中除氧化產(chǎn)物和還原產(chǎn)物的另外一種生成物的化學(xué)式為NaOH．
（5）步驟⑥為烘干操作，所用的烘干設(shè)備可能是BD（填字母）．
A．鼓風(fēng)機(jī)         B．烘干機(jī)         C．壓榨機(jī)         D．紅外烘箱
（6）產(chǎn)率與步驟①煅燒溫度的關(guān)系如圖所示：

步驟①最好選用的煅燒溫度約為B°C（填字母）．
A.340            B.460          C.490           D.550．

Answer 1

分析 步驟①中+2價(jià)Mn和+4價(jià)Mn均被氧化為Na₂MnO₄，反應(yīng)方程式分別為2MnO₂+O₂+4NaOH$\frac{\underline{\;煅燒\;}}{\;}$2Na₂MnO₄+2H₂O、MnO+2NaOH+O₂$\frac{\underline{\;煅燒\;}}{\;}$Na₂MnO₄+H₂O，加入水溶解后過(guò)濾，濾液中含有NaOH和Na₂MnO₄，向?yàn)V液中加入甲醛，發(fā)生氧化還原反應(yīng)，步驟④中氧化劑與還原劑的物質(zhì)的量之比為2：1，Mn元素化合價(jià)由+6價(jià)變?yōu)?4價(jià)，該反應(yīng)中Mn元素轉(zhuǎn)移電子4，C元素轉(zhuǎn)移電子為4時(shí)，其化合價(jià)由0價(jià)變?yōu)?4價(jià)，所以生成CO₂，同時(shí)該反應(yīng)中還生成NaOH；過(guò)濾洗滌得到濾餅MnO₂，烘干得到產(chǎn)品MnO₂；
（1）電解MnSO₄溶液時(shí)，陰極為Mn²⁺得電子被還原為金屬M(fèi)n，陽(yáng)極上水失電子生成氧氣和氫離子；
電解過(guò)程中溶液的pH過(guò)高時(shí)，Mn²⁺生成Mn（OH）₂，pH過(guò)低時(shí)，陰極上氫離子放電；
（2）步驟①中+2價(jià)Mn被氧化為Na₂MnO₄，氧氣被還原，二者反應(yīng)生成錳酸鈉和水；
（3）Na₂MnO₄，在PH≤7的環(huán)境中，易歧化為MnO₂和高錳酸鉀；
（4）步驟④中氧化劑與還原劑的物質(zhì)的量之比為2：1，根據(jù)轉(zhuǎn)移電子守恒知，氧化產(chǎn)物是二氧化碳，根據(jù)元素守恒、原子守恒知還生成另一種物質(zhì)是NaOH；
（5）步驟⑥為烘干操作，所用的烘干設(shè)備可能是烘干機(jī)或核外烘箱；
（6）根據(jù)圖知，340-460℃之間，隨著溫度的升高，產(chǎn)率增大，大于460℃時(shí)，升高溫度產(chǎn)率降低．

解答 解：步驟①中+2價(jià)Mn和+4價(jià)Mn均被氧化為Na₂MnO₄，反應(yīng)方程式分別為2MnO₂+O₂+4NaOH$\frac{\underline{\;煅燒\;}}{\;}$2Na₂MnO₄+2H₂O、MnO+2NaOH+O₂$\frac{\underline{\;煅燒\;}}{\;}$Na₂MnO₄+H₂O，加入水溶解后過(guò)濾，濾液中含有NaOH和Na₂MnO₄，向?yàn)V液中加入甲醛，發(fā)生氧化還原反應(yīng)，步驟④中氧化劑與還原劑的物質(zhì)的量之比為2：1，Mn元素化合價(jià)由+6價(jià)變?yōu)?4價(jià)，該反應(yīng)中Mn元素轉(zhuǎn)移電子4，C元素轉(zhuǎn)移電子為4時(shí)，其化合價(jià)由0價(jià)變?yōu)?4價(jià)，所以生成CO₂，同時(shí)該反應(yīng)中還生成NaOH；過(guò)濾洗滌得到濾餅MnO₂，烘干得到產(chǎn)品MnO₂；
（1）電解MnSO₄溶液時(shí)，陰極為Mn²⁺得電子被還原為金屬M(fèi)n，陽(yáng)極上水失電子生成氧氣和氫離子，電極反應(yīng)式為2H₂O-4e^-=O₂↑+4H⁺；
電解過(guò)程中溶液的pH過(guò)高時(shí)，Mn²⁺生成Mn（OH）₂，pH過(guò)低時(shí)，陰極上氫離子放電，得不到MnO₂，
故答案為：2H₂O-4e^-=O₂↑+4H⁺；pH過(guò)高，Mn²⁺生成Mn（OH）₂，pH過(guò)低時(shí)，陰極上氫離子放電；
（2）步驟①中+2價(jià)Mn被氧化為Na₂MnO₄，氧氣被還原，二者反應(yīng)生成錳酸鈉和水，反應(yīng)方程式為MnO+2NaOH+O₂$\frac{\underline{\;煅燒\;}}{\;}$Na₂MnO₄+H₂O，
故答案為：MnO+2NaOH+O₂$\frac{\underline{\;煅燒\;}}{\;}$Na₂MnO₄+H₂O；
（3）Na₂MnO₄，在PH≤7的環(huán)境中，易歧化為MnO₂和高錳酸鉀，從而降低Mn的轉(zhuǎn)化率，為提高M(jìn)n的轉(zhuǎn)化率，所以要控制溶液的pH為10左右，
故答案為：提高產(chǎn)品中Mn的轉(zhuǎn)化率；
（4）向?yàn)V液中加入甲醛，發(fā)生氧化還原反應(yīng)，步驟④中氧化劑與還原劑的物質(zhì)的量之比為2：1，Mn元素化合價(jià)由+6價(jià)變?yōu)?4價(jià)，該反應(yīng)中Mn元素轉(zhuǎn)移電子4，C元素轉(zhuǎn)移電子為4時(shí)，其化合價(jià)由0價(jià)變?yōu)?4價(jià)，所以生成CO₂，同時(shí)該反應(yīng)中還生成NaOH，
故答案為：CO₂；NaOH；
（5）步驟⑥為烘干操作，所用的烘干設(shè)備可能是烘干機(jī)或核外烘箱，鼓風(fēng)機(jī)和壓榨機(jī)都沒(méi)有烘干效果，故答案為：BD；
（6）根據(jù)圖知，340-460℃之間，隨著溫度的升高，產(chǎn)率增大，大于460℃時(shí)，升高溫度產(chǎn)率降低，所以步驟①最好選用的煅燒溫度約為460°C，
故答案為：B．

點(diǎn)評(píng) 本題考查物質(zhì)制備，為高頻考點(diǎn)，側(cè)重考查學(xué)生對(duì)題干信息的獲取、加工、靈活應(yīng)用知識(shí)解答問(wèn)題能力，涉及電解原理、氧化還原法等知識(shí)點(diǎn)，明確元素化合物性質(zhì)、物質(zhì)分離提純方法、化學(xué)反應(yīng)原理等知識(shí)點(diǎn)是解本題關(guān)鍵，注意（1）題電解時(shí)離子放電順序還與離子濃度有關(guān)，為易錯(cuò)點(diǎn)．