Question

用软锰矿（MnO₂）、黄铁矿（FeS₂）酸浸生产硫酸锰（MnSO₄），并进一步制取电解二氧化锰（EMD）的工艺流程如下：

I. 将软锰矿、黄铁矿和硫酸按一定比例放入反应釜中，搅拌，加热保温反应一定时间。

II. 向反应釜中加入MnO₂、CaCO₃试剂，再加入Na₂S溶液除掉浸出液中的重金属。

III. 过滤，向滤液中加入净化剂进一步净化，再过滤，得到精制MnSO₄溶液。

IV. 将精制MnSO₄溶液送入电解槽，电解制得EMD。

请回答下列问题：

（1）步骤I中搅拌、加热的目的是________。完成酸浸过程中反应的离子方程式：

FeS₂ +  MnO₂ +          === Mn²⁺ + Fe²⁺ + S + SO₄^2-+          ，_____________________

（2）步骤II中加入MnO₂用于将浸出液中的Fe²⁺转化为Fe³⁺，该反应的离子方程式是________。加入CaCO₃将浸出液pH调至pH=5，从而除掉铁，请解释用CaCO₃除铁的原理：________。

（3）步骤IV中用如图所示的电解装置电解精制的MnSO₄溶液，生成EMD的是________极（填“a”或“b”），生成EMD的电极反应式是_________。

（4）EMD可用作碱性锌锰电池的材料。已知碱性锌锰电池的反应式为：Zn＋2MnO₂＋2H₂O＝2MnOOH＋Zn(OH)₂。下列关于碱性锌锰电池的说法正确的是________（填字母序号）。

A．碱性锌锰电池是二次电池

B．碱性锌锰电池将化学能转化为电能

C．正极反应为：2MnO₂＋2H₂O＋2e^－＝2MnOOH＋2OH^－ 

D．碱性锌锰电池工作时，电子由MnO₂经外电路流向Zn极

Answer

加快反应速率，充分接触 FeS2 + 4MnO2 + 8H+ === 4Mn2+ + Fe2+ + S + SO42- + 4H2O MnO2 + 4H+ + 2Fe2+ === Mn2+ + 2Fe3+ + 2H2O Fe3++3H2O Fe(OH)3 + 3H+，加入CaCO3后，由于CaCO3(s) Ca2+(aq) + CO32-(aq)，CO32- + 2H+ === CO2↑ + H2O（或CaCO3与H+反应），使得Fe3+的水解平衡向正反应方向移动，Fe3+转化为Fe(OH)3沉淀而被除去 b Mn2+ + 2H2O - 2e- === MnO2 + 4H+ BC

【解析】试题分析：（1）步骤I中搅拌、加热可以加快反应速率；根据得失电子守恒、电荷守恒配平离子方程式；（2）步骤II中加入MnO2， Fe2+被氧化为Fe3+，MnO2被还原为Mn2+；加入 CaCO3与H+反应，使Fe3+的水解平衡Fe3++3H2O Fe(OH)3 + 3H+向正反应方向移动；（3）MnSO4生成MnO2，发生氧化反应，所以生成MnO2的电极是阳极；（4）碱性锌锰电池是一次电池；电池将化学能转化为电能；正极MnO2得电子发生还原反应生成MnOOH；碱性锌锰电池工作时， MnO2是正极；

解析：（1）步骤I中搅拌、加热可以使反应物充分接触、加快反应速率；FeS2中S元素化合共价升高8，MnO2中Mn元素化合价降低2，根据得失电子守恒和电荷守恒，配平离子方程式为FeS2 + 4MnO2 + 8H+ === 4Mn2+ + Fe2+ + S + SO42- + 4H2O；（2）步骤II中加入MnO2， Fe2+被氧化为Fe3+，MnO2被还原为Mn2+，反应离子方程式是MnO2 + 4H+ + 2Fe2+ === Mn2+ + 2Fe3+ + 2H2O；加入CaCO3后，由于CaCO3(s) Ca2+(aq) + CO32-(aq)，CO32- + 2H+ === CO2↑ + H2O，氢离子浓度减小，Fe3++3H2O Fe(OH)3 + 3H+向正反应方向移动，所以加入CaCO3将浸出液pH调至pH=5，Fe3+转化为Fe(OH)3沉淀而被除去；（3）MnSO4生成MnO2，发生氧化反应，所以生成MnO2的电极是阳极，选b；生成MnO2的电极反应式是Mn2+ + 2H2O - 2e- === MnO2 + 4H+；（4）碱性锌锰电池是一次电池，故A错误；电池将化学能转化为电能，故B正确；正极MnO2得电子发生还原反应生成MnOOH，正极反应式是2MnO2＋2H2O＋2e－＝2MnOOH＋2OH－，故C正确；碱性锌锰电池工作时， MnO2是正极，电子由Zn极经外电路流向MnO2，故D错误。