Question

19．鋅錳廢電池可用于生產(chǎn)硫酸鋅及碳酸錳，其工藝流程分為預處理、硫酸鋅生產(chǎn)線、碳酸錳生產(chǎn)線三部分．其中生產(chǎn)碳酸錳的工藝流程如下：

請回答下列問題：
（1）鋅錳廢電池的回收工藝中，從循環(huán)生產(chǎn)角度考慮，上述氫氣的來源可以是用電池外殼鋅皮與硫酸作用生產(chǎn)硫酸鋅時的副產(chǎn)物．
（2）原料錳粉粗品的主要成分為MnO₂和碳，焙燒時一部分MnO₂被還原，另一部分被碳還原，MnO₂被還原為一氧化錳．已知：
2MnO₂（s）+c（s）=2MnO（s）+CO₂（g）；△H=-174.6kJ•mol^-1
C（s）+CO₂（g）=2CO（g）；△H=283kJ•mol^-1
寫出C（s）被MnO₂（s）氧化為CO（g）的熱化學方程式：MnO₂（s）+C（s）=MnO（s）+CO（g）△H=+54.2kJ•mol^-1．
（3）50-55℃時，向MnSO₄的母液中加入足量NH₄HCO₃，反應的化學方程式為MnSO₄
2NH₄HCO₃=（NH₄）₂SO₄+□MnCO₃↓+□H₂O+□CO₂↑
（4）已知三種離子沉淀時的pH范圍：Fe³⁺：2.7-3.7，Mn²⁺：8.6-10.1，F(xiàn)e²⁺：7.6-9.6
步驟②中除去的方法是先在酸性條件下加入H₂O₂，將Fe²⁺氧化為Fe³⁺，然后再將pH調至3.7～8.6使Fe³⁺沉淀完全．
（5）產(chǎn)品MnCO₃溶于硫酸得硫酸錳溶液，電解該溶液可得二氧化錳，寫出陽極的電極反應式：Mn²⁺+2H₂O-2e^-=MnO₂+4H⁺．

Answer 1

分析 原料錳粉粗品的主要成分為MnO₂和碳，焙燒時碳被MnO₂氧化為一氧化碳，碳把二氧化錳還原為一氧化錳，應氫氣還原一氧化錳得到錳單質，從流程看，還有鐵單質；加入硫酸生成硫酸錳、硫酸亞鐵和氫氣，碳不反應，過濾除去不溶性物質如碳等，濾液中含亞鐵離子、錳離子．由題給離子沉淀PH可知，除亞鐵離子，需先用氧化劑氧化亞鐵離子變成鐵離子，再調節(jié)PH使鐵離子沉淀，而錳離子不沉淀，過濾后濾液中含錳離子，加入碳酸氫銨得到碳酸錳沉淀，過濾洗滌干燥得成品碳酸錳，
（1）電池外殼鋅皮與硫酸反應可以生成氫氣；
（2）兩個方程式相加再除以2得到所求的方程式，兩個△H相加除以2即得反應的△H；
（3）該流程的目的是制取碳酸錳，分析反應物相互交換成分后除生成碳酸錳之外，還會生成二氧化碳和水；
（4）將Fe²⁺氧化為Fe³⁺，加入氧化劑，還不能引入新的雜質；控制pH使鐵離子轉化為沉淀，錳離子不能轉化為沉淀，根據(jù)形成沉淀的pH范圍分析；
（5）硫酸錳溶液中的錳離子轉化為二氧化錳發(fā)生氧化反應，在陽極上發(fā)生，故陽極反應為錳離子失去電子結合水中的氧生成二氧化錳和氫離子．

解答 解：（1）鋅錳廢電池的負極為鋅，即電池外殼鋅皮，鋅與硫酸反應可以生成氫氣，則流程中氫氣的來源為：用電池外殼鋅皮與硫酸作用生產(chǎn)硫酸鋅時的副產(chǎn)物，
故答案為：用電池外殼鋅皮與硫酸作用生產(chǎn)硫酸鋅時的副產(chǎn)物；
（2）已知：2MnO₂（s）+C（s）═2MnO（s）+CO₂（g）△H=-174.6kJmol^-1 ①，
C（s）+CO₂（g）═2CO（g）△H=+283kJmol^-1 ②
由蓋斯定律：（①+②）×$\frac{1}{2}$得 MnO₂（s）+C（s）=MnO（s）+CO（g）△H=（-174.6+283）×$\frac{1}{2}$=+54.2kJ•mol^-1；
故答案為：MnO₂（s）+C（s）=MnO（s）+CO（g）△H=+54.2kJ•mol^-1；
（3）該流程的目的是制取碳酸錳，向MnSO₄的母液中加入足量NH₄HCO₃，反應生成碳酸錳之外，還會生成二氧化碳和水，其化學方程式為：MnSO₄+2NH₄HCO₃=（NH₄）₂SO₄+MnCO₃↓+H₂O+CO₂↑；
故答案為：MnCO₃↓；H₂O；CO₂↑；
（4）將Fe²⁺氧化為Fe³⁺，加入氧化劑，還不能引入新的雜質，可以用H₂O₂，其還原產(chǎn)物為水不會引入新的雜質；控制pH使鐵離子轉化為沉淀，錳離子不能轉化為沉淀，已知離子沉淀時的pH范圍：Fe³⁺：2.7-3.7，Mn²⁺：8.6-10.1，則調節(jié)pH為3.7～8.6之間，使Fe³⁺完全沉淀，而Mn²⁺不沉淀；
故答案為：H₂O₂；3.7～8.6；
（5）硫酸錳溶液中的錳離子轉化為二氧化錳發(fā)生氧化反應，在陽極上發(fā)生，故陽極反應為錳離子失去電子結合水中的氧生成二氧化錳和氫離子，其電極方程式為：Mn²⁺+2H₂O-2e^-=MnO₂+4H⁺；
故答案為：Mn²⁺+2H₂O-2e^-=MnO₂+4H⁺．

點評 本題考查了物質制備方案設計，題目涉及蓋斯定律的應用、離子方程式的書寫、電極反應式的書寫、氧化劑的選擇等知識，題目難度中等，側重于考查學生對基礎知識的綜合應用能力．