Question

【題目】錳及其化合物在現(xiàn)代工業(yè)和國防建設(shè)中具有十分重要的地位。金屬錳的提煉方式主要有熱還原法和電解法兩種，熱還原法得到的錳純度在95-98％之間，電解法得到的錳（簡稱電解錳），其純度可達(dá)99.7-99.9％以上。

（1）錳鋅鐵氧體是當(dāng)前廣泛使用的一種隱形涂料，其化學(xué)組成為MnxZn1-xFe2O4（鐵為+3價(jià)），其中當(dāng)錳鋅鐵氧體中n(Zn):n(Fe)=2:5時(shí)，它對雷達(dá)波的吸收能力最強(qiáng)。

① 錳鋅鐵氧體中錳元素的化合價(jià)為_______。

② 當(dāng)雷達(dá)波吸收能力最強(qiáng)時(shí)，該物質(zhì)的化學(xué)式為________（改寫成氧化物的形式）。

（2）寫出以MnO2和Al粉為原料，利用熱還原法制備Mn的化學(xué)方程式：________.

（3）工業(yè)上以菱錳礦（主要成分是MnCO3，含有Fe2＋、Co2＋、Ni2+等雜質(zhì)金屬離子）為原料制備電解錳的流程圖如下所示。

生成氫氧化物的pH如下表：

物質(zhì)	Fe(OH)2	Fe(OH)3	Ni(OH)2	Co(OH)2	Mn(OH)2
開始沉淀時(shí)pH	7.5	2.l	7.7	7.6	8.3
完全沉淀時(shí)pH	9.7	3.7	8.5	8.2	9.8

① 浸出槽中發(fā)生多個(gè)反應(yīng)：如主要成分與硫酸的反應(yīng)、MnO2與Fe2＋間的氧化還原反應(yīng)等，寫出這兩個(gè)反應(yīng)的離子方程式：___________________、____________________。

② 加入氨水的目的是為除去雜質(zhì)，根據(jù)流程圖及表中數(shù)據(jù)，pH 應(yīng)調(diào)控在_____范圍內(nèi)。常溫下，Ksp[Fe(OH)3]=4.0×10-38,當(dāng)pH=4時(shí)溶液中c(Fe3+)=__________。

③ 加入硫化銨是為除去剩余的Ni2＋，反應(yīng)的離子方程式為____________________。

④ 寫出電解硫酸錳溶液制取金屬錳的化學(xué)方程式：________________________。

Answer 1

【答案】 +2 MnO·4ZnO·5Fe2O3 3MnO2+4Al2Al2O3+3Mn MnCO3+2H+=Mn2++H2O+CO2↑ MnO2+2Fe2++4H+=Mn2++2Fe3++2H2O 3.7≤pH<8.3 4.0×10-8mol/L Ni2++S2-=NiS↓ 2MnSO4+2H2O2H2SO4+O2↑+2Mn

【解析】考查化學(xué)工藝流程，（1）①O為－2價(jià)，Fe顯＋3價(jià)，Zn顯＋2價(jià)，根據(jù)化合價(jià)整體代數(shù)和為0，Mn顯＋2價(jià)；②因?yàn)?/span>n(Zn):n(Fe)=2:5時(shí)，對雷達(dá)波吸收能力最強(qiáng)，即(1－x)/2=2/5，解得x=0.2，因此化學(xué)式(以氧化物的形式)：MnO·4ZnO·5Fe2O3；（2）利用鋁的活潑性強(qiáng)于Mn，反應(yīng)方程式為：3MnO2＋4Al 2Al2O3＋3Mn；（3）①根據(jù)題目所給信息，所發(fā)生的離子方程式為MnCO3+2H＋=Mn2＋+H2O+CO2↑、MnO2+2Fe2＋+4H＋=Mn2＋+2Fe3＋+2H2O ；②MnO2作氧化劑，把Fe2＋氧化成Fe3＋，根據(jù)表格數(shù)據(jù)，以及含有金屬離子，調(diào)節(jié)pH不能影響Mn，因此pH控制在3.7～8.3之間，即3.7≤pH<8.3；c(oh－)=Kw/c(H＋)=10－14/10－4mol·L－1=10－10mol·L－1，即c(Fe3＋)=Ksp[Fe(OH)3]/c3(OH－)=4×10－38/(10－10)3mol·L－1=4×10－8mol·L－1；③根據(jù)信息，加入(NH4)2S的目的是除去Ni2＋，因此離子方程式為Ni2＋2S2－=NiS↓；④陽極反應(yīng)式為4OH－－4e－=O2↑＋H2O或2H2O－4e－=O2↑＋4H＋，陰極反應(yīng)式為Mn2＋＋2e－=Mn，因此總反應(yīng)是2MnSO4+2H2O2H2SO4+O2↑+2Mn。