Question

【題目】二氧化錳無論在實驗室還是在生產(chǎn)、生活中均有廣泛應(yīng)用。工業(yè)上可以用制備對苯二酚的廢液為原料生產(chǎn)二氧化錳。此工藝對節(jié)約資源、保護(hù)環(huán)境、提高經(jīng)濟效益有著重要意義。

（1）經(jīng)分析知該廢液中含有硫酸錳、硫酸銨、硫酸以及Fe2+、Co2+、Ni2+等金屬離子。以此為原料制備化學(xué)二氧化錳的流程如圖所示。

①常溫下幾種有關(guān)難溶硫化物的溶度積常數(shù)如下表，若除去Fe2+后的廢液中Mn2+濃度為1mol/L，欲使Co2+和Ni2+完全沉淀，而Mn2+不受損失，S2-的濃度范圍應(yīng)控制在___mol/L。

化合物	MnS	CoS（α型）	NiS
Ksp	2.5×10-10	4×10-21	1.07×10-21

②步驟⑥的化學(xué)方程式為___。

③步驟①~⑨中涉及到過濾的操作有___。（填序號）

④步驟⑨得到的副產(chǎn)品的化學(xué)式為___，其重要的用途之一是___。得到該副產(chǎn)品的操作是___。

（2）生產(chǎn)電解二氧化錳的原理是在93℃左右以石墨為電極電解硫酸錳和硫酸的混合溶液，寫出陽極的電極反應(yīng)式___，若電解過程中的電壓為3V，理論上生產(chǎn)1tMnO2消耗電能___kw·h。（1kw·h=3.6×106J）

（3）雙氧水氧化法制備二氧化錳時所發(fā)生的反應(yīng)為MnSO4+2NH3+H2O2→MnO2+(NH4)2SO4，在溶液的pH、過氧化氫的用量和反應(yīng)時間一定的情況下，溫度對實驗結(jié)果的影響如圖所示。MnO2的回收率隨著溫度升高先增大后減小的可能原因是___。

Answer 1

【答案】4×10-16-2.5×10-10 3MnSO4+NaClO3+3H2O=3MnO2+NaCl+3H2SO4 ①②③⑤⑦⑨ (NH4)2SO4 做化肥 蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過濾 Mn2+-2e-+2H2O=MnO2+4H+ 1845 溫度升高反應(yīng)加快生成更多的MnO2，溫度達(dá)到一定程度后，若在升溫則氨氣揮發(fā)，過氧化氫分解

【解析】

（1）①當(dāng)溶液中離子濃度小于10-5mol/L時，認(rèn)為完全沉淀，要將Co2+和Ni2+完全沉淀，根據(jù)Ksp的表達(dá)式計算即可；

②步驟⑥利用NaClO3將MnSO4氧化成MnO2，在溶液中NaClO3被還原成NaCl，結(jié)合得失電子守恒、原子守恒寫方程式即可；

③凡是涉及固液分離的步驟都涉及過濾；

④整個過程中銨根離子和硫酸根離子沒有除去，故步驟⑨得到的副產(chǎn)品為硫酸銨；

（2）陽極發(fā)生氧化反應(yīng)，應(yīng)為Mn2+失電子被氧化成MnO2；

（3）溫度升高反應(yīng)速率加快，但是溫度太高，雙氧水會分解，氨氣會揮發(fā)。

（1）①根據(jù)Ksp(CoS)=c(Co2+)×c(S2-)、Ksp(NiS)=c(Ni2+)×c(S2-)得：、，欲使Co2+和Ni2+完全沉淀，就要將Co2+和Ni2+的濃度控制在10-5mol/及以下，那么：、，解得c(S2-)>4×10-16、c(S2-)>1.07×10-16，又因為Mn2+濃度為1mol/L而不受損，則Mn2+和S2-還沒開始沉淀，此時有c(S2-)×c(Mn2+)＜Ksp(MnS),即c(S2-)×1mol/L＜2.5×10-10，解得：c(S2-)＜2.5×10-10，綜上所述： ，即：硫離子濃度在4×10-16mol/L-2.5×10-10mol/L之間，故答案為：4×10-16-2.5×10-10；

②步驟⑥利用NaClO3將MnSO4氧化成MnO2，在溶液中NaClO3被還原成NaCl，方程式為：3MnSO4+NaClO3+3H2O=3MnO2+NaCl+3H2SO4，故答案為：3MnSO4+NaClO3+3H2O=3MnO2+NaCl+3H2SO4；

③①~⑨中，①②③⑤⑦⑨都涉及到固液分離，都用到過濾，故答案為：①②③⑤⑦⑨；

④整個過程中銨根離子和硫酸根離子沒有除去，故步驟⑨得到的副產(chǎn)品為硫酸銨，可做化肥，將濾液蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過濾即可得到硫酸銨，故答案為：(NH4)2SO4；做化肥；蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過濾；

（2）陽極失電子，化合價升高，被氧化，再結(jié)合電荷守恒、原子守恒可得：Mn2+-2e-+2H2O=MnO2+4H+，生產(chǎn)1t MnO2轉(zhuǎn)移的電子物質(zhì)的量做如下計算：，解得n=， 所以電子數(shù)=，因為每個電子帶1.6×10-19C的電量，所以電子所帶總電量q=×1.6×10-19，由E=qU得：E==(×1.6×10-19×3)J=kw·h≈1845 kw·h，故答案為：Mn2+-2e-+2H2O=MnO2+4H+；1845；

（3）溫度升高，反應(yīng)速率增大，但是溫度過高，H2O2分解了，NH3揮發(fā)了，故答案為：溫度升高反加快生成更多的MnO2，溫度達(dá)到一定程度后，若在升溫則氨氣揮發(fā)，過氧化氫分解。