Question

MnO₂和Zn是制造干电池的重要原料，工业上用软锰矿（主要成分MnO₂）和闪锌矿（主要成分ZnS）联合生产MnO₂和Zn的工艺流程如图1所示：

（1）操作I用到硅酸盐材质的仪器有烧杯、玻璃棒和

 

（填仪器名称）．
（2）稀硫酸浸泡时反应的离子方程式为

 

；该反应中若析出19.2g单质A，共转移

 

mo1电子．浸泡时反应速率较慢，下列措施不能提高浸泡时反应速率的是

 

（填代号）．
a．将矿石粉碎
b．提高浸泡温度
c．适当增大硫酸浓度
d．改变软锰矿与闪锌矿的比例
（3）由硫酸锰溶液可得到固体碳酸锰，然后在空气中煅烧碳酸锰制备MnO₂．已知：
2MnO（s）+O₂（g）═2MnO₂（s）△H₁=akJ?mol^-1
MnCO₃（s）═MnO（s）+CO₂（g）△H₂=bkJ?mol^-1
写出碳酸锰在空气中煅烧生成MnO₂的热化学方程式

 

．
（4）用惰性电极电解硫酸酸化的硫酸锰溶液制备MnO₂的装置如图2所示：
①a应与直流电源的

 

（填“正”或“负”）极相连．．
②电解过程中氢离子的作用是

 

和

 

；若转移的电子数为6.02×10²³个，左室溶液中n（H⁺）的变化量为

 

．

Answer 1

考点：物质分离和提纯的方法和基本操作综合应用,电解原理

专题：实验设计题,电化学专题

分析：（1）过滤适用于不溶于水的固体和液体，根据过滤操作用到的仪器分析，陶瓷、玻璃、水泥等都是硅酸盐产品；
（2）稀硫酸浸泡时反应为MnO₂+ZnS+2H₂SO₄═MnSO₄+ZnSO₄+S↓+2H₂O，19.2g单质A为S，依据反应中S元素由-2价升高为0计算电子；影响物质的反应速率的一些常见因素：反应物的接触面、反应的温度、反应物的浓度等；
（3）依据热化学方程式和盖斯定律计算得到所需热化学方程式；
（4）①a极上是MnSO₄电解池工作时，阳极上锰离子失电子生成二氧化锰；
②电解过程中氢离子的作用是参与阴极反应和通过交换膜定向移动形成电流，根据离子的放电顺序，阴极上首先放电的是H⁺，电极反应式为：2H⁺+2e^-=H₂↑，阳极反应式为：MnSO₄-2e^-+2H₂O═MnO₂+SO₄^2-+4H⁺，根据氢离子和转移电子之间的关系式计算；

解答： 解：工业上用软锰矿（主要成分MnO₂）和闪锌矿（主要成分ZnS）联合生产MnO₂和Zn的工艺流程：软锰矿（主要成分MnO₂）和闪锌矿（主要成分ZnS）在酸溶后MnO₂+ZnS+2H₂SO₄═MnSO₄+ZnSO₄+S↓+2H₂O，过滤，滤渣A为硫单质，滤液为：MnSO₄和ZnSO₄，通电电解在阳极生成二氧化锰，阴极生成锌．
（1）分离不溶于水的固体和液体，用过滤的方法，滤渣A为硫单质，滤液为：MnSO₄和ZnSO₄，过滤操作用到的玻璃仪器：漏斗、烧杯、玻璃棒，属于硅酸盐材质，
故答案为：漏斗；
（2）稀硫酸浸泡时反应为MnO₂+ZnS+2H₂SO₄═MnSO₄+ZnSO₄+S↓+2H₂O，MnO₂、ZnS难溶于水，MnSO₄、ZnSO₄，易溶于水易电离，所以离子反应为：MnO₂+ZnS+4H⁺═Mn²⁺+Zn²⁺+S↓+2H₂O，19.2g单质A为S，反应中S元素由-2价升高为0，则每析出19.2gS沉淀共转移

19.2g

32g/mol

×（2-0）=1.2mol电子，
a．将矿石粉碎，增大反应物的接触面，化学反应速率提高，故不选；
b．提高浸泡温度，温度升高，反应速率增大，故不选；
c．适当增大硫酸浓度，增大了反应物的浓度，化学反应速率提高，故不选；
d．改变软锰矿与闪锌矿的比例，不能改变反应速率，故选；
故答案为：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将①+②×2可得：2MnCO₃（S）+O₂（g）═2MnO₂（S）+2CO₂（g）△H=（a+2b）KJ?mol^-1；
故答案为：2MnCO₃（S）+O₂（g）═2MnO₂（S）+2CO₂（g）△H=（a+2b）KJ?mol^-1；
（4）①用惰性电极电解硫酸酸化的硫酸锰溶液制备MnO₂，阳极上锰离子失电子生成二氧化锰，电极反应式为Mn²⁺-2e^-+2H₂O=MnO₂+4H⁺；，所以a是正极，
故答案为：正；
②电解过程中氢离子的作用是参与阴极反应和通过交换膜定向移动形成电流，电解酸化的MnSO₄溶液时，根据离子的放电顺序，阴极上首先放电的是H⁺，电极反应式为：2H⁺+2e^-=H₂↑，阳极反应式为：MnSO₄-2e^-+2H₂O═MnO₂+SO₄^2-+4H⁺，若转移的电子数为6.02×10²³个，根据氢离子和转移电子之间的关系式2H⁺～2e^-，则左室溶液中n（H⁺）=1mol，
故答案为：1mol；

点评：本题是一道有关化工生产工艺的综合知识题目，考查了热化学方程式书写方法，电解池原理的分析应用，影响物质的反应速率的一些常见因素等知识，侧重于学生的分析能力和计算能力的考查，注意把握实验的原理以及题给信息为解答该题的关键，题目难度中等．