Question

MnO₂是一种重要的无机功能材料，工业上从锰结核中制取纯净的MnO₂工艺流程如下图所示：

部分难溶的电解质溶度积常数(K_sp)如下表：

化合物	Zn(OH)2	Fe(OH)2	Fe(OH)3
Ksp近似值	10^﹣17	10^﹣17	10^﹣39

已知：一定条件下，MnO₄可与Mn²⁺反应生成MnO₂

（1）步骤Ⅱ中消耗0. 5molMn²⁺时，用去1mol•L^-1的NaClO₃溶液200ml，该反应离子方程式为          

（2）已知溶液B的溶质之一可循环用于上述生产，此物质的名称是_____________。

（3）MnO₂是碱性锌锰电池的正极材料．放电过程产生MnOOH，该电池正极的电极反应式是           。如果维持电流强度为5A，电池工作五分钟，理论消耗锌       g．（已知F=96500C/mol）

（4）向废旧锌锰电池内的混合物（主要成分MnOOH、Zn(OH)₂）中加入一定量的稀硫酸和稀草酸（H₂C₂O₄），并不断搅拌至无CO₂产生为止，写出MnOOH参与反应的离子方程式                   。

。向所得溶液中滴加高锰酸钾溶液产生黑色沉淀，设计实验证明黑色沉淀成分为MnO₂                    。

（5）用废电池的锌皮制作ZnSO₄•7H₂O的过程中，需除去锌皮中的少量杂质铁，其方法是：加入稀H₂SO₄和H₂O₂，铁溶解变为Fe³⁺，加碱调节pH为            时，铁刚好沉淀完全（离子浓度小于1×10^﹣5mol•L^﹣1时，即可认为该离子沉淀完全）。继续加碱调节pH为            时，锌开始沉淀（假定Zn²⁺浓度为0.1mol•L^﹣1）。

Answer

（1）5Mn2++ 2ClO3- +4H2O =5 MnO2+Cl2↑ +8H+ （2分）

（2）氯酸钠 （1分）；

（3）MnO2+ H2O +e﹣=MnOOH +OH-（2分） 0.5g（2分）；

（4）2MnOOH+ H2C2O4 +4H+ = 2Mn2++ 2CO2↑+4H2O（2分）

取少量黑色固体放入试管中，加入少量浓盐酸并加热， 产生黄绿色气体，说明黑色固体为MnO2（2分）；

（5）2.7（1分） 6（1分）

【解析】

试题分析：工业上从锰结核中制取纯净的MnO2工艺流程中，先选矿富集，锰结核为锰的氧化物与其它金属氧化物的混合物，加入稀硫酸发生反应生成Mn2+，在溶液中加入NaClO3反应生成MnO2和A等，A和热氢氧化钠溶液反应生成溶液B；

（1）0.1mol/L的NaClO3溶液200ml的物质的量是0.02mol，当生成0.05molMnO2时，转移电子的物质的量是0.05mol×（4-2）=0.1mol，根据电子得失守恒可知0.02mol氯酸钠得到0.1mol电子，因此氯元素的化合价变化5价，即从+5价降低到0价，因此还原产物是氯气，所以该反应离子方程式为5Mn2++ 2ClO3- +4H2O =5 MnO2+Cl2↑ +8H+；

（2）氯气与热的氢氧化钠溶液反应生成氯酸钠、氯化钠和水，因此可以循环的物质B是氯酸钠；

（3）原电池中负极失去电子，正极得到电子，因此碱性锌锰电池放电时，正极是二氧化锰得到电子，则电极反应式为MnO2+ H2O +e﹣=MnOOH +OH-；5分钟转移电子的电量Q=It=5A×300s=1500C，转移电子的物质的量为Q/F=1500C/96500C/mol≈0.0155mol，则消耗的Zn的质量为0.0155mol×0.5×65g/mol=0.5g；

（4）因为反应物有稀草酸，产物有二氧化碳，则说明碳元素化合价升高发生氧化还原反应，所以锰化合价降低生成二价的MnSO4，方程式为2MnOOH+H2C2O4+2H2SO4=2CO2↑+2MnSO4+4H2O；根据实验室制氯气的反应原理，取少量黑色固体放入试管中，加入少量浓盐酸并加热，产生黄绿色气体，说明黑色固体为MnO2；

（5）铁加入稀H2SO4和H2O2，可被氧化生成Fe3+，铁刚好沉淀完全时离子浓度小于1×10-5mol•L-1，因Ksp=10-39，则c（OH-）=≈0.5×10-11mol/L，此时pH=2.7；如锌开始沉淀，则c（OH-）＝=10-8mol/L，此时pH=6。

【考点定位】考查物质制备工艺流程图分析

【名师点晴】本题考查内容较多，设计氧化还原反应的原理与应用、离子方程式的书写、溶度积常数及计算、制备实验方案的设计等知识，侧重于学生的分析能力和实验能力的考查，为高考常见题型，注意相关知识的学习与积累，难度中等。解决本类题目的基本方法和步骤为：（1）从题干中获取有用信息，了解生产的产品。（2）然后整体浏览一下流程，基本辨别出预处理、反应、提纯、分离等阶段。（3）分析流程中的每一步骤，从以下几个方面了解流程：①反应物是什么；②发生了什么反应；③该反应造成了什么后果，对制造产品有什么作用。抓住一个关键点：一切反应或操作都是为获得产品而服务。