Question

【題目】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，得到如圖象。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

【答案】4OH--4e-=O2↑+2H2O或2H2O-4e-=O2↑+4H+ (C6H10O5)n+nH2On C6H12O6 C6H12O6+12MnO2+12H2SO4=12MnSO4+6CO2↑+18H2O H2S或SO2 (NH4)2SO4 28 CaCO3 17.9

【解析】

由題給流程可知，木屑中的纖維素在硫酸的作用下水解生成葡萄糖，向浸出液中加入陽極泥，陽極泥中二氧化錳與葡萄糖反應生成硫酸錳、二氧化碳和水，向溶液中加入碳酸鈣調節溶液pH，加入硫化氨除去重金屬，經褪色、過濾得到硫酸錳和硫酸銨的混合溶液，混合溶液經蒸發濃縮、冷卻結晶、過濾、洗滌、干燥得到硫酸錳產品。

(1)工業上電解硫酸錳的水溶液生產金屬錳，陽極的電極反應為水失電子發生氧化反應生成氧氣，電極反應式為4OH--4e-=O2↑+2H2O或2H2O-4e-=O2↑+4H+，故答案為：4OH--4e-=O2↑+2H2O或2H2O-4e-=O2↑+4H+；

(2)木屑成分是纖維素，在濃硫酸作用下，纖維素水解生成葡萄糖，反應的化學方程式為(C6H10O5)n+nH2On C6H12O6；二氧化錳具有氧化性，葡萄糖具有還原性，在硫酸溶液中反應生成硫酸錳、二氧化碳和水，結合電子守恒配平可知離子方程式為C6H12O6+12MnO2+12H2SO4=12MnSO4+6CO2+18H2O，故答案為：(C6H10O5)n+nH2On C6H12O6；C6H12O6+12MnO2+12H2SO4=12MnSO4+6CO2↑+18H2O；

(3)若取消除酸操作步驟，酸和加入的硫化銨會生成硫化氫，硫化氫被氧化生成二氧化硫氣體，故答案為：H2S或SO2；

(4)加入硫化銨除去重金屬后，得到硫酸錳和硫酸銨的混合溶液，分離出的硫酸銨可以做化肥，故答案為：(NH4)2SO4；

(5)由圖象可知，錳的浸出率在硫酸用量28mL時最大，硫酸的最合適用量為28mL，若再增加硫酸的用量，溶液酸度高，中和時消耗碳酸鈣增多，增加工業化成本，故答案為：28；碳酸鈣；

(6) 174g陽極泥中含有二氧化錳的物質的量為=1mol，320g36.5%的濃鹽酸中HCl的物質的量為=3.2mol，由反應的化學方程式可得4HCl—Cl2，則產生的氯氣在標準狀況下體積為×22.4L/mol≈17.9L，故答案為：17.9。