Question

16．電解制金屬錳的陽極泥中主要含有MnO₂，MnO等．利用該陽極泥生產(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．
回答下列問題：
（1）電解MnSO₄溶液時，陰極為Mn²⁺得電子被還原為金屬Mn，陽極反應式為2H₂O-4e^-=O₂↑+4H⁺．
電解過程中溶液的pH不能過高，也不能過低，需要控制電解液的pH≈6.8，原因是pH過高，Mn²⁺生成Mn（OH）₂，pH過低時，陰極上氫離子放電．
（2）步驟①中+2價Mn和+4價Mn均被氧化為Na₂MnO₄，寫出該步驟中+2價Mn反應的化學方程式：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)物的化學式為CO₂．該反應中除氧化產(chǎn)物和還原產(chǎn)物的另外一種生成物的化學式為NaOH．
（5）步驟⑥為烘干操作，所用的烘干設備可能是BD（填字母）．
A．鼓風機         B．烘干機         C．壓榨機         D．紅外烘箱
（6）產(chǎn)率與步驟①煅燒溫度的關系如圖所示：

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Mn和+4價Mn均被氧化為Na₂MnO₄，反應方程式分別為2MnO₂+O₂+4NaOH$\frac{\underline{\;煅燒\;}}{\;}$2Na₂MnO₄+2H₂O、MnO+2NaOH+O₂$\frac{\underline{\;煅燒\;}}{\;}$Na₂MnO₄+H₂O，加入水溶解后過濾，濾液中含有NaOH和Na₂MnO₄，向濾液中加入甲醛，發(fā)生氧化還原反應，步驟④中氧化劑與還原劑的物質(zhì)的量之比為2：1，Mn元素化合價由+6價變?yōu)?4價，該反應中Mn元素轉移電子4，C元素轉移電子為4時，其化合價由0價變?yōu)?4價，所以生成CO₂，同時該反應中還生成NaOH；過濾洗滌得到濾餅MnO₂，烘干得到產(chǎn)品MnO₂；
（1）電解MnSO₄溶液時，陰極為Mn²⁺得電子被還原為金屬Mn，陽極上水失電子生成氧氣和氫離子；
電解過程中溶液的pH過高時，Mn²⁺生成Mn（OH）₂，pH過低時，陰極上氫離子放電；
（2）步驟①中+2價Mn被氧化為Na₂MnO₄，氧氣被還原，二者反應生成錳酸鈉和水；
（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，所用的烘干設備可能是烘干機或核外烘箱；
（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，升高溫度產(chǎn)率降低．

解答 解：步驟①中+2價Mn和+4價Mn均被氧化為Na₂MnO₄，反應方程式分別為2MnO₂+O₂+4NaOH$\frac{\underline{\;煅燒\;}}{\;}$2Na₂MnO₄+2H₂O、MnO+2NaOH+O₂$\frac{\underline{\;煅燒\;}}{\;}$Na₂MnO₄+H₂O，加入水溶解后過濾，濾液中含有NaOH和Na₂MnO₄，向濾液中加入甲醛，發(fā)生氧化還原反應，步驟④中氧化劑與還原劑的物質(zhì)的量之比為2：1，Mn元素化合價由+6價變?yōu)?4價，該反應中Mn元素轉移電子4，C元素轉移電子為4時，其化合價由0價變?yōu)?4價，所以生成CO₂，同時該反應中還生成NaOH；過濾洗滌得到濾餅MnO₂，烘干得到產(chǎn)品MnO₂；
（1）電解MnSO₄溶液時，陰極為Mn²⁺得電子被還原為金屬Mn，陽極上水失電子生成氧氣和氫離子，電極反應式為2H₂O-4e^-=O₂↑+4H⁺；
電解過程中溶液的pH過高時，Mn²⁺生成Mn（OH）₂，pH過低時，陰極上氫離子放電，得不到MnO₂，
故答案為：2H₂O-4e^-=O₂↑+4H⁺；pH過高，Mn²⁺生成Mn（OH）₂，pH過低時，陰極上氫離子放電；
（2）步驟①中+2價Mn被氧化為Na₂MnO₄，氧氣被還原，二者反應生成錳酸鈉和水，反應方程式為MnO+2NaOH+O₂$\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的轉化率，為提高Mn的轉化率，所以要控制溶液的pH為10左右，
故答案為：提高產(chǎn)品中Mn的轉化率；
（4）向濾液中加入甲醛，發(fā)生氧化還原反應，步驟④中氧化劑與還原劑的物質(zhì)的量之比為2：1，Mn元素化合價由+6價變?yōu)?4價，該反應中Mn元素轉移電子4，C元素轉移電子為4時，其化合價由0價變?yōu)?4價，所以生成CO₂，同時該反應中還生成NaOH，
故答案為：CO₂；NaOH；
（5）步驟⑥為烘干操作，所用的烘干設備可能是烘干機或核外烘箱，鼓風機和壓榨機都沒有烘干效果，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，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．

點評 本題考查物質(zhì)制備，為高頻考點，側重考查學生對題干信息的獲取、加工、靈活應用知識解答問題能力，涉及電解原理、氧化還原法等知識點，明確元素化合物性質(zhì)、物質(zhì)分離提純方法、化學反應原理等知識點是解本題關鍵，注意（1）題電解時離子放電順序還與離子濃度有關，為易錯點．