Question

1．用軟錳礦（MnO₂）、黃鐵礦（FeS₂）酸浸生產硫酸錳（MnSO₄），并進一步制取 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釜中，攪拌，加熱保溫反應一定時間．
Ⅱ．向反應釜中加入MnO₂、CaCO₃試劑，再加入Na₂S溶液除掉浸出液中的重金屬．
Ⅲ．過濾，向濾液中加入凈化劑進一步凈化，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速率，充分接觸．完成酸浸過程中反應的離子方程式：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⁺轉化為Fe³⁺，該反應的離子方程式是MnO₂+4H⁺+2Fe²⁺═Mn²⁺+2Fe³⁺+2H₂O．加入CaCO₃將浸出液pH調至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方向移動，Fe³⁺轉化為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式為：Zn+2MnO₂+2H₂O=2MnOOH+Zn（OH）₂．下列關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能轉化為電能
C．正極反應為：2MnO₂+2H₂O+2e^-=2MnOOH+2OH^-
D．堿性鋅錳電池工作時，電子由MnO₂經外電路流向Zn極．

Answer 1

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

解答 解：（1）將軟錳礦、黃鐵礦和硫酸按一定比例放入反應釜中，攪拌，加熱，加熱溫度升高，反應速率加快，攪拌可以使反應物充分接觸；FeS₂反應生成Fe²⁺、S、SO₄^2-，S元素的化合價升高8價，MnO₂中Mn元素的化合價降低2價，則FeS₂與MnO₂的計量數之比為1：4，結合原子守恒得到方程式為：FeS₂+4MnO₂+8H⁺═4Mn²⁺+Fe²⁺+S+SO₄^2-+4H₂O；
故答案為：加快反應速率，充分接觸；1；4；8H⁺；4；1；1；4H₂O；
（2）MnO₂把Fe²⁺氧化為Fe³⁺，同時生成Mn²⁺，其反應的離子方程式為：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方向移動，因此Fe³⁺轉化為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方向移動，Fe³⁺轉化為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錯誤；
B．原電池裝置是向外提供電能的裝置，其能量轉化為化學能轉化為電能，故B正確；
C．正極上二氧化錳得電子發(fā)生還原反應，電極反應式為MnO₂+e^-+H₂O═MnO（OH）+OH^-，故C正確；
D．電子從負極沿導線流向正極，而電流從正極沿著導線流向負極，則電子由Zn極經外電路流向MnO₂，故D錯誤．
故答案為：BC．

點評 本題考查學生對元素及其化合物的主要性質的掌握、電極反應方程式、閱讀題目獲取新信息能力、對工藝流程的理解等，難度中等，需要學生具備扎實的基礎與綜合運用知識、信息分析解決問題能力．