Question

(16分) 以電解法生產金屬錳產生的陽極泥中，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。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，可與二氧化錳反應生成可溶性的硫酸錳。


（1）工業上電解硫酸錳的水溶液生產金屬錳，陽極的電極反應式為             。
（2）寫出木屑水解反應的化學方程式：                          。配平浸出步驟反應方程式C₆H₁₂O₆ +   MnO₂ +   H₂SO₄→   MnSO₄ +    CO₂  +    H₂O
（3）若取消除酸操作步驟，將會產生      氣體（填化學式）而污染環境；
（4）本工藝的一種副產品是重要的農業生產資料，寫出其化學式         ；
（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，將會導致        （填化學式）的消耗量增大。

（6）某陽極泥中MnO₂（相對分子質量為87）的質量分數為50.0%，將174g該陽極泥與320g36.5%的濃鹽酸混合加熱，則產生的氯氣在標準狀況下應少于    L。（假設陽極泥中的其它成分不參與反應）

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，發生氧化反應，則工業上電解硫酸錳的水溶液生產金屬錳時陽極是溶液中的氫氧根離子放電產生氧氣，其電極反應式為為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，則水解反應的化學方程式為(C₆H₁₀O₅)n + nH₂OnC₆H₁₂O₆；根據反應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的量之比是1:12，所以配平后的化學方程式為C₆H₁₂O₆ + 12MnO₂ + 12H₂SO₄→12MnSO₄ + 6CO₂↑+18H₂O。
（3）若取消除酸操作步驟，則在后續操作中需要加入硫化銨，因此氫離子與硫離子結合生成H₂S氣體而污染環境。
（4）根據流程圖可知溶液中的硫酸根與溶液中的銨根結合生成(NH₄)₂SO₄，硫酸銨可用于化肥。
（5）根據圖像可知，當硫酸用量達到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，將會導致CaCO₃的消耗量增大。
（6）二氧化錳的質量＝174g×0.5＝87g，物質的量是1mol。氯化氫的物質的量＝320g×36.5%÷36.5g/mol＝3.2mol。根據反應式MnO₂＋4HCl(濃)△MnCl₂＋2H₂O＋Cl₂↑可知二氧化錳過量，因此產生的氯氣物質的量是3.2mol÷4＝0.8mol，但由于隨著反應的進行，鹽酸的濃度逐漸降低，所以實際產生的鹽酸的物質的量小于0.8mol，即小于0.8mol×22.4L/mol＝17.92L。