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MnO₂和Zn的工藝流程如圖1所示：

（1）操作I用到硅酸鹽材質的儀器有燒杯、玻璃棒和

 

（填儀器名稱）．
（2）稀硫酸浸泡時反應的離子方程式為

 

；該反應中若析出19.2g單質A，共轉移

 

mo1電子．浸泡時反應速率較慢，下列措施不能提高浸泡時反應速率的是

 

（填代號）．
a．將礦石粉碎
b．提高浸泡溫度
c．適當增大硫酸濃度
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應與直流電源的

 

（填“正”或“負”）極相連．．
②電解過程中氫離子的作用是

 

和

 

；若轉移的電子數為6.02×10²³個，左室溶液中n（H⁺）的變化量為

 

．

Answer 1

考點：物質分離和提純的方法和基本操作綜合應用,電解原理

專題：實驗設計題,電化學專題

分析：（1）過濾適用于不溶于水的固體和液體，根據過濾操作用到的儀器分析，陶瓷、玻璃、水泥等都是硅酸鹽產品；
（2）稀硫酸浸泡時反應為MnO₂+ZnS+2H₂SO₄═MnSO₄+ZnSO₄+S↓+2H₂O，19.2g單質A為S，依據反應中S元素由-2價升高為0計算電子；影響物質的反應速率的一些常見因素：反應物的接觸面、反應的溫度、反應物的濃度等；
（3）依據熱化學方程式和蓋斯定律計算得到所需熱化學方程式；
（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和通過交換膜定向移動形成電流，根據離子的放電順序，陰極上首先放電的是H⁺，電極反應式為：2H⁺+2e^-=H₂↑，陽極反應式為：MnSO₄-2e^-+2H₂O═MnO₂+SO₄^2-+4H⁺，根據氫離子和轉移電子之間的關系式計算；

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，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，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，
故答案為：漏斗；
（2）稀硫酸浸泡時反應為MnO₂+ZnS+2H₂SO₄═MnSO₄+ZnSO₄+S↓+2H₂O，MnO₂、ZnS難溶于水，MnSO₄、ZnSO₄，易溶于水易電離，所以離子反應為：MnO₂+ZnS+4H⁺═Mn²⁺+Zn²⁺+S↓+2H₂O，19.2g單質A為S，反應中S元素由-2價升高為0，則每析出19.2gS沉淀共轉移

19.2g

32g/mol

×（2-0）=1.2mol電子，
a．將礦石粉碎，增大反應物的接觸面，化學反應速率提高，故不選；
b．提高浸泡溫度，溫度升高，反應速率增大，故不選；
c．適當增大硫酸濃度，增大了反應物的濃度，化學反應速率提高，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，根據離子的放電順序，陰極上首先放電的是H⁺，電極反應式為：2H⁺+2e^-=H₂↑，陽極反應式為：MnSO₄-2e^-+2H₂O═MnO₂+SO₄^2-+4H⁺，若轉移的電子數為6.02×10²³個，根據氫離子和轉移電子之間的關系式2H⁺～2e^-，則左室溶液中n（H⁺）=1mol，
故答案為：1mol；

點評：本題是一道有關化工生產工藝的綜合知識題目，考查了熱化學方程式書寫方法，電解池原理的分析應用，影響物質的反應速率的一些常見因素等知識，側重于學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鍵，題目難度中等．