Question

MnO₂和Zn是制造干電池的重要原料，工業(yè)上用軟錳礦（主要成分MnO₂）和閃鋅礦（主要成分ZnS）聯(lián)合生產(chǎn)MnO₂和Zn的工藝流程如圖1所示：

（1）操作I用到硅酸鹽材質(zhì)的儀器有燒杯、玻璃棒和

 

（填儀器名稱）．
（2）稀硫酸浸泡時反應(yīng)的離子方程式為

 

；該反應(yīng)中若析出19.2g單質(zhì)A，共轉(zhuǎn)移

 

mo1電子．浸泡時反應(yīng)速率較慢，下列措施不能提高浸泡時反應(yīng)速率的是

 

（填代號）．
a．將礦石粉碎
b．提高浸泡溫度
c．適當(dāng)增大硫酸濃度
d．改變軟錳礦與閃鋅礦的比例
（3）由硫酸錳溶液可得到固體碳酸錳，然后在空氣中煅燒碳酸錳制備MnO₂．已知：
2MnO（s）+O₂（g）═2MnO₂（s）△H₁=akJ?mol^-1
MnCO₃（s）═MnO（s）+CO₂（g）△H₂=bkJ?mol^-1
寫出碳酸錳在空氣中煅燒生成MnO₂的熱化學(xué)方程式

 

．
（4）用惰性電極電解硫酸酸化的硫酸錳溶液制備MnO₂的裝置如圖2所示：
①a應(yīng)與直流電源的

 

（填“正”或“負(fù)”）極相連．．
②電解過程中氫離子的作用是

 

和

 

；若轉(zhuǎn)移的電子數(shù)為6.02×10²³個，左室溶液中n（H⁺）的變化量為

 

．

Answer 1

考點：物質(zhì)分離和提純的方法和基本操作綜合應(yīng)用,電解原理

專題：實驗設(shè)計題,電化學(xué)專題

分析：（1）過濾適用于不溶于水的固體和液體，根據(jù)過濾操作用到的儀器分析，陶瓷、玻璃、水泥等都是硅酸鹽產(chǎn)品；
（2）稀硫酸浸泡時反應(yīng)為MnO₂+ZnS+2H₂SO₄═MnSO₄+ZnSO₄+S↓+2H₂O，19.2g單質(zhì)A為S，依據(jù)反應(yīng)中S元素由-2價升高為0計算電子；影響物質(zhì)的反應(yīng)速率的一些常見因素：反應(yīng)物的接觸面、反應(yīng)的溫度、反應(yīng)物的濃度等；
（3）依據(jù)熱化學(xué)方程式和蓋斯定律計算得到所需熱化學(xué)方程式；
（4）①a極上是MnSO₄電解池工作時，陽極上錳離子失電子生成二氧化錳；
②電解過程中氫離子的作用是參與陰極反應(yīng)和通過交換膜定向移動形成電流，根據(jù)離子的放電順序，陰極上首先放電的是H⁺，電極反應(yīng)式為：2H⁺+2e^-=H₂↑，陽極反應(yīng)式為：MnSO₄-2e^-+2H₂O═MnO₂+SO₄^2-+4H⁺，根據(jù)氫離子和轉(zhuǎn)移電子之間的關(guān)系式計算；

解答： 解：工業(yè)上用軟錳礦（主要成分MnO₂）和閃鋅礦（主要成分ZnS）聯(lián)合生產(chǎn)MnO₂和Zn的工藝流程：軟錳礦（主要成分MnO₂）和閃鋅礦（主要成分ZnS）在酸溶后MnO₂+ZnS+2H₂SO₄═MnSO₄+ZnSO₄+S↓+2H₂O，過濾，濾渣A為硫單質(zhì)，濾液為：MnSO₄和ZnSO₄，通電電解在陽極生成二氧化錳，陰極生成鋅．
（1）分離不溶于水的固體和液體，用過濾的方法，濾渣A為硫單質(zhì)，濾液為：MnSO₄和ZnSO₄，過濾操作用到的玻璃儀器：漏斗、燒杯、玻璃棒，屬于硅酸鹽材質(zhì)，
故答案為：漏斗；
（2）稀硫酸浸泡時反應(yīng)為MnO₂+ZnS+2H₂SO₄═MnSO₄+ZnSO₄+S↓+2H₂O，MnO₂、ZnS難溶于水，MnSO₄、ZnSO₄，易溶于水易電離，所以離子反應(yīng)為：MnO₂+ZnS+4H⁺═Mn²⁺+Zn²⁺+S↓+2H₂O，19.2g單質(zhì)A為S，反應(yīng)中S元素由-2價升高為0，則每析出19.2gS沉淀共轉(zhuǎn)移

19.2g

32g/mol

×（2-0）=1.2mol電子，
a．將礦石粉碎，增大反應(yīng)物的接觸面，化學(xué)反應(yīng)速率提高，故不選；
b．提高浸泡溫度，溫度升高，反應(yīng)速率增大，故不選；
c．適當(dāng)增大硫酸濃度，增大了反應(yīng)物的濃度，化學(xué)反應(yīng)速率提高，故不選；
d．改變軟錳礦與閃鋅礦的比例，不能改變反應(yīng)速率，故選；
故答案為：MnO₂+ZnS+4H⁺═Mn²⁺+Zn²⁺+S↓+2H₂O；1.2mol；d；
（3）2MnO（s）+O₂（g）═2MnO₂（s）△H₁=akJ?mol^-1①
MnCO₃（s）═MnO（s）+CO₂（g）△H₂=bkJ?mol^-1②將①+②×2可得：2MnCO₃（S）+O₂（g）═2MnO₂（S）+2CO₂（g）△H=（a+2b）KJ?mol^-1；
故答案為：2MnCO₃（S）+O₂（g）═2MnO₂（S）+2CO₂（g）△H=（a+2b）KJ?mol^-1；
（4）①用惰性電極電解硫酸酸化的硫酸錳溶液制備MnO₂，陽極上錳離子失電子生成二氧化錳，電極反應(yīng)式為Mn²⁺-2e^-+2H₂O=MnO₂+4H⁺；，所以a是正極，
故答案為：正；
②電解過程中氫離子的作用是參與陰極反應(yīng)和通過交換膜定向移動形成電流，電解酸化的MnSO₄溶液時，根據(jù)離子的放電順序，陰極上首先放電的是H⁺，電極反應(yīng)式為：2H⁺+2e^-=H₂↑，陽極反應(yīng)式為：MnSO₄-2e^-+2H₂O═MnO₂+SO₄^2-+4H⁺，若轉(zhuǎn)移的電子數(shù)為6.02×10²³個，根據(jù)氫離子和轉(zhuǎn)移電子之間的關(guān)系式2H⁺～2e^-，則左室溶液中n（H⁺）=1mol，
故答案為：1mol；

點評：本題是一道有關(guān)化工生產(chǎn)工藝的綜合知識題目，考查了熱化學(xué)方程式書寫方法，電解池原理的分析應(yīng)用，影響物質(zhì)的反應(yīng)速率的一些常見因素等知識，側(cè)重于學(xué)生的分析能力和計算能力的考查，注意把握實驗的原理以及題給信息為解答該題的關(guān)鍵，題目難度中等．