Question

1．用軟錳礦（MnO₂）、黃鐵礦（FeS₂）酸浸生產(chǎn)硫酸錳（MnSO₄），并進(jìn)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(yīng)釜中，攪拌，加熱保溫反應(yīng)一定時(shí)間．
Ⅱ．向反應(yīng)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?yàn)V液中加入凈化劑進(jìn)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、加熱的目的是加快反應(yīng)速率，充分接觸．完成酸浸過程中反應(yīng)的離子方程式：1FeS₂+4MnO₂+8H⁺═4Mn²⁺+1Fe²⁺+S+SO₄^2-+4H₂O
（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(yīng)的離子方程式是MnO₂+4H⁺+2Fe²⁺═Mn²⁺+2Fe³⁺+2H₂O．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：Fe³⁺+3H₂O Fe（OH）₃+3H⁺，加入CaCO₃后，由于CaCO₃（s） Ca²⁺（aq）+CO₃^2-（aq），CO₃^2-+2H⁺═CO₂↑+H₂O，使得Fe³⁺的水解平衡向正反應(yīng)方向移動，F(xiàn)e³⁺轉(zhuǎn)化為Fe（OH）₃沉淀而被除去．
（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b極（填“a”或“b”），生成EMD的電極反應(yīng)式是Mn²⁺+2H₂O-2e^-═MnO₂+4H⁺．
（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(yīng)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BC（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(xué)能轉(zhuǎn)化為電能
C．正極反應(yīng)為：2MnO₂+2H₂O+2e^-=2MnOOH+2OH^-
D．堿性鋅錳電池工作時(shí)，電子由MnO₂經(jīng)外電路流向Zn極．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)影響反應(yīng)速率的因素分析；根據(jù)原子守恒和得失電子守恒配平方程式；
（2）MnO₂把Fe²⁺氧化為Fe³⁺，同時(shí)生成Mn²⁺；在溶液中存在水解平衡：Fe³⁺+3H₂O Fe（OH）₃+3H⁺，根據(jù)平衡移動原理分析；
（3）錳離子在陽極失電子生成二氧化錳；
（4）由反應(yīng)的總方程式可知，該原電池中，Zn元素化合價(jià)升高，被氧化，Mn元素化合價(jià)降低，被還原，則鋅作負(fù)極、二氧化錳作正極，負(fù)極電極反應(yīng)為Zn-2e^-+2OH^-═ZnO+H₂O，正極電極反應(yīng)為2MnO₂+2e^-+2H₂O═2MnO（OH）+2OH^-，電子從負(fù)極沿導(dǎo)線流向正極．

解答 解：（1）將軟錳礦、黃鐵礦和硫酸按一定比例放入反應(yīng)釜中，攪拌，加熱，加熱溫度升高，反應(yīng)速率加快，攪拌可以使反應(yīng)物充分接觸；FeS₂反應(yīng)生成Fe²⁺、S、SO₄^2-，S元素的化合價(jià)升高8價(jià)，MnO₂中Mn元素的化合價(jià)降低2價(jià)，則FeS₂與MnO₂的計(jì)量數(shù)之比為1：4，結(jié)合原子守恒得到方程式為：FeS₂+4MnO₂+8H⁺═4Mn²⁺+Fe²⁺+S+SO₄^2-+4H₂O；
故答案為：加快反應(yīng)速率，充分接觸；1；4；8H⁺；4；1；1；4H₂O；
（2）MnO₂把Fe²⁺氧化為Fe³⁺，同時(shí)生成Mn²⁺，其反應(yīng)的離子方程式為：MnO₂+4H⁺+2Fe²⁺═Mn²⁺+2Fe³⁺+2H₂O；在溶液中存在水解平衡：Fe³⁺+3H₂O Fe（OH）₃+3H⁺，加入CaCO₃后，由于CaCO₃（s） Ca²⁺（aq）+CO₃^2-（aq），CO₃^2-+2H⁺═CO₂↑+H₂O，溶液中氫離子濃度減小，使得Fe³⁺的水解平衡向正反應(yīng)方向移動，因此Fe³⁺轉(zhuǎn)化為Fe（OH）₃沉淀而被除去；
故答案為：MnO₂+4H⁺+2Fe²⁺═Mn²⁺+2Fe³⁺+2H₂O；Fe³⁺+3H₂O Fe（OH）₃+3H⁺，加入CaCO₃后，由于CaCO₃（s） Ca²⁺（aq）+CO₃^2-（aq），CO₃^2-+2H⁺═CO₂↑+H₂O，使得Fe³⁺的水解平衡向正反應(yīng)方向移動，F(xiàn)e³⁺轉(zhuǎn)化為Fe（OH）₃沉淀而被除去；
（3）錳離子在陽極失電子生成二氧化錳，b極與正極相連為陽極，所以二氧化錳在b極生成；其電極反應(yīng)式為：Mn²⁺+2H₂O-2e^-═MnO₂+4H⁺；
故答案為：b； Mn²⁺+2H₂O-2e^-═MnO₂+4H⁺；
（4）A．鋅錳干電池不能充電，完全放電后不能再使用，屬于一次電池，故A錯(cuò)誤；
B．原電池裝置是向外提供電能的裝置，其能量轉(zhuǎn)化為化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能，故B正確；
C．正極上二氧化錳得電子發(fā)生還原反應(yīng)，電極反應(yīng)式為MnO₂+e^-+H₂O═MnO（OH）+OH^-，故C正確；
D．電子從負(fù)極沿導(dǎo)線流向正極，而電流從正極沿著導(dǎo)線流向負(fù)極，則電子由Zn極經(jīng)外電路流向MnO₂，故D錯(cuò)誤．
故答案為：BC．

點(diǎn)評 本題考查學(xué)生對元素及其化合物的主要性質(zhì)的掌握、電極反應(yīng)方程式、閱讀題目獲取新信息能力、對工藝流程的理解等，難度中等，需要學(xué)生具備扎實(shí)的基礎(chǔ)與綜合運(yùn)用知識、信息分析解決問題能力．