Question

15．工業(yè)上利用軟錳礦（主要成分為MnO₂）用來制備“錳白”（MnCO₃）和電極材料錳酸鋰（LiO₂•2MnO₂•Mn₂O₃），期其工藝流程如圖：

（1）“浸出”過程中SO₂作用是將MnO₂還原為Mn²⁺．
（2）為使原料充分利用，濾液中c（Mn²⁺）應(yīng)當(dāng)小于3.0×10^-6  mol•L^-1．已知：常溫下MnCO₃的K_ap=9.0×^10-12．
（3）寫出軟錳礦與Li₂CO₃發(fā)生“高溫還原”的化學(xué)方程式：2Li₂CO₃+8MnO₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$LiO₂•2MnO₂•Mn₂O₃+2CO₂↑+O₂↑．
（4）錳酸鋰（（LiO₂•2MnO₂•Mn₂O₃，M=362g•mol^-1）中摻入LiMnO₂能大幅提高電容量，實驗室測定某電極材料中兩者配比的操作步驟如下；準(zhǔn)確稱取2.012g的試樣于錐形瓶中，加入5mL稀硫酸充分溶解；向上述所得溶液中加入10.00mL2.000mol•L^-1草酸鈉（Na₂C₂O₄）標(biāo)準(zhǔn)溶液，攪拌至溶液清亮，并定容至250mL；從容量瓶中取出25.00mL溶液，用0.01mol•L^-1KMnO₄標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定，消耗KMnO₄標(biāo)準(zhǔn)溶液20.00mL．
通過計算兩者物質(zhì)的量之比（寫出計算過程）．
已知實驗中設(shè)計的相關(guān)氧化還原反應(yīng)如下：
①Mn²⁺+C₂O₄^2-→Mn²⁺+2CO₂↑②Mn⁴⁺+C₂O₄^2-→Mn²⁺+2CO₂↑③MnO₄^-+C₂O₄^2-+H⁺→Mn²⁺+2CO₂↑（均未配平）

Answer 1

分析 向軟錳礦（主要成分為MnO₂）中加入稀硫酸并通入二氧化硫，MnO₂與SO₂作用生成硫酸錳，向硫酸錳溶液中加入碳酸鈉，得到MnCO₃沉淀，過濾、洗滌、干燥得到MnCO₃，
向軟錳礦（主要成分為MnO₂）中加入Li₂CO₃發(fā)生高溫還原反應(yīng)，自然冷卻可得LiO₂•2MnO₂•Mn₂O₃，據(jù)此分析解答．

解答 解：（1）向軟錳礦（主要成分為MnO₂）中加入稀硫酸并通入二氧化硫，MnO₂與SO₂作用生成硫酸錳，二氧化硫?qū)�MnO₂還原為Mn²⁺；
故答案為：將MnO₂還原為Mn²⁺；
（2）已知：常溫下MnCO₃的K_ap=c（Mn²⁺）•c（CO₃^2-）=9.0×10^-12，c（Mn²⁺）=c（CO₃^2-），則c（Mn²⁺）≤$\sqrt{9.0×1{0}^{-12}}$mol/L=3.0×10^-6；
故答案為：3.0×10^-6；
（3）軟錳礦與Li₂CO₃得LiO₂•2MnO₂•Mn₂O₃，錳元素化合價降低，則氧元素化合價升高有氧氣生成，化學(xué)反應(yīng)為：2Li₂CO₃+8MnO₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$LiO₂•2MnO₂•Mn₂O₃+2CO₂↑+O₂↑；
故答案為：2Li₂CO₃+8MnO₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$LiO₂•2MnO₂•Mn₂O₃+2CO₂↑+O₂↑；
（4）n（KMnO₄）=0.01mol•L^-1×0.02L×（250÷25）=0.002mol，
n（Na₂C₂O₄）=2mol•L^-1×0.01L=0.02mol，
設(shè)LiO₂•2MnO₂•Mn₂O₃物質(zhì)的量為x，LiMnO₂的物質(zhì)的量為y，
362g•mol^-1×x+94g•mol^-1×y=2.012g，
由電子守恒：6x+y+0.02mol×5=0.04mol
解得：x=0.004mol  y=0.006mol，
故n（LiO₂•2MnO₂•Mn₂O₃）：n（LiMnO₂）=2：3；
答：錳酸鋰（（LiO₂•2MnO₂•Mn₂O₃）與LiMnO₂物質(zhì)的量之比2：3．

點評 本題考查了物質(zhì)制備實驗方案的設(shè)計和分析判斷，涉及對實驗流程的分析，溶度積的計算，物質(zhì)含量測定等知識點，掌握題干信息和計算應(yīng)用是解題關(guān)鍵，題目難度中等．