Question

(16分) 以電解法生產(chǎn)金屬錳產(chǎn)生的陽極泥中，其錳含量高達40%～50%，主要成分為MnO₂的水合物，且含有顯著量的Pb²⁺、Sn²⁺等重金屬雜質(zhì)。本工藝采用的木屑富含的纖維素在較濃硫酸的作用下膨脹、水解生成還原糖，酸性條件下，可與二氧化錳反應(yīng)生成可溶性的硫酸錳。


（1）工業(yè)上電解硫酸錳的水溶液生產(chǎn)金屬錳，陽極的電極反應(yīng)式為             。
（2）寫出木屑水解反應(yīng)的化學(xué)方程式：                          。配平浸出步驟反應(yīng)方程式C₆H₁₂O₆ +   MnO₂ +   H₂SO₄→   MnSO₄ +    CO₂  +    H₂O
（3）若取消除酸操作步驟，將會產(chǎn)生      氣體（填化學(xué)式）而污染環(huán)境；
（4）本工藝的一種副產(chǎn)品是重要的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)資料，寫出其化學(xué)式         ；
（5）取一定量的陽極泥進行實驗分析，得到如下圖像。硫酸的最合適用量為      mL，若再增加硫酸的用量，將會導(dǎo)致        （填化學(xué)式）的消耗量增大。

（6）某陽極泥中MnO₂（相對分子質(zhì)量為87）的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為50.0%，將174g該陽極泥與320g36.5%的濃鹽酸混合加熱，則產(chǎn)生的氯氣在標(biāo)準(zhǔn)狀況下應(yīng)少于    L。（假設(shè)陽極泥中的其它成分不參與反應(yīng)）

Answer 1

（1）4OH^- -4e^-＝O₂  + 2H₂O 或2H₂O – 4e^-＝O₂↑ + 4H⁺
（2）(C₆H₁₀O₅)n + nH₂OnC₆H₁₂O₆；C₆H₁₂O₆ + 12MnO₂ + 12H₂SO₄→12MnSO₄ + 6CO₂↑+18H₂O。
（3）H₂S或SO₂（寫出其中一個即得分）  （4）(NH₄)₂SO₄  （5）28，CaCO₃   （6）17.92

試題分析：（1）電解池中陽極失去電子，發(fā)生氧化反應(yīng)，則工業(yè)上電解硫酸錳的水溶液生產(chǎn)金屬錳時陽極是溶液中的氫氧根離子放電產(chǎn)生氧氣，其電極反應(yīng)式為為4OH^- -4e^-＝O₂  + 2H₂O。
（2）木屑中含有纖維素，在硫酸的作用下水解生成葡萄糖，則水解反應(yīng)的化學(xué)方程式為(C₆H₁₀O₅)n + nH₂OnC₆H₁₂O₆；根據(jù)反應(yīng)式可知葡萄糖中碳元素的化合價從0價升高到＋4價，失去4個電子，而錳元素的化合價從＋4價降低到＋2價，得到2個電子，因此還原劑與氧化劑的物質(zhì)的量之比是1:12，所以配平后的化學(xué)方程式為C₆H₁₂O₆ + 12MnO₂ + 12H₂SO₄→12MnSO₄ + 6CO₂↑+18H₂O。
（3）若取消除酸操作步驟，則在后續(xù)操作中需要加入硫化銨，因此氫離子與硫離子結(jié)合生成H₂S氣體而污染環(huán)境。
（4）根據(jù)流程圖可知溶液中的硫酸根與溶液中的銨根結(jié)合生成(NH₄)₂SO₄，硫酸銨可用于化肥。
（5）根據(jù)圖像可知，當(dāng)硫酸用量達到28ml時，錳的浸出率幾乎不再增加，因此硫酸的最合適用量為28mL.由于過量的硫酸需要通過碳酸鈣除去，因此若再增加硫酸的用量，將會導(dǎo)致CaCO₃的消耗量增大。
（6）二氧化錳的質(zhì)量＝174g×0.5＝87g，物質(zhì)的量是1mol。氯化氫的物質(zhì)的量＝320g×36.5%÷36.5g/mol＝3.2mol。根據(jù)反應(yīng)式MnO₂＋4HCl(濃)△MnCl₂＋2H₂O＋Cl₂↑可知二氧化錳過量，因此產(chǎn)生的氯氣物質(zhì)的量是3.2mol÷4＝0.8mol，但由于隨著反應(yīng)的進行，鹽酸的濃度逐漸降低，所以實際產(chǎn)生的鹽酸的物質(zhì)的量小于0.8mol，即小于0.8mol×22.4L/mol＝17.92L。