Question

【題目】[化學——選修2：化學與技術]

軟錳礦（主要成分為MnO2）可用于制備錳及其化合物。

（1）早期冶煉金屬錳的一種方法是先煅燒軟錳礦生成Mn3O4，再利用鋁熱反應原理制得錳，該鋁熱反應的化學方程式為_______________。

（2）現代冶煉金屬錳的一種工藝流程如下圖所示：

下表為t℃時，有關物質的pKsp（注：pKsp =－lgKsp）。

物質	Fe(OH)3	Cu(OH)2	Ca(OH)2	Mn(OH)2	CuS	CaS	MnS	MnCO3
pKsp	37.4	19.32	5.26	12.7	35.2	5.86	12.6	10.7

軟錳礦還原浸出的反應為：12MnO2＋C6H12O6＋12H2SO4 12MnSO4＋6CO2↑＋18H2O

①該反應中，還原劑為_______。寫出一種能提高還原浸出速率的措施：_______。

②濾液1的pH_______（填“大于”、“小于”或“等于”）MnSO4浸出液的pH。

③加入MnF2的主要目的是除去 （填Ca2+、Fe3+或Cu2+）。

（3）由MnSO4制取MnCO3：往MnSO4溶液中加入過量NH4HCO3溶液，該反應的離子方程式為____________；若往MnSO4溶液中加入(NH4)2CO3溶液，還會產生Mn(OH)2，可能的原因是：MnCO3(s)＋2OH－(aq)Mn(OH)2(s)＋CO32-(aq)，t ℃時，計算該反應的平衡常數K＝ （填數值）。

Answer 1

【答案】（1）8Al + 3Mn3O44Al2O3+ 9Mn；

（2）①C6H12O6，升高反應溫度（或將軟錳礦研細等其他合理答案）；②大于；③Ca2+ ；

（3）Mn2++2HCO3-＝MnCO3↓+ H2O + CO2↑，100。

【解析】

試題分析：（1）鋁熱反應的實質利用鋁的強金屬性，把弱金屬性金屬置換出來，8Al + 3Mn3O44Al2O3+ 9Mn；

（2）①還原劑是失電子，化合價升高被氧化，根據上述化合價的分析，C6H12O6中H為＋1、O為－2，整個化合價的代數和為0，則C的化合價為0，CO2中C的化合價為＋4價，即還原劑為C6H12O6，MnO2中Mn的化合價為＋4價→＋2價，提高還原浸出速率的措施為：升高溫度、研細軟錳礦等；②軟錳礦還原浸出得到MnSO4溶液，說明浸出液為稀硫酸，同時溶液中還含有Ca2＋、Fe3＋、Cu2＋等雜質，調節溶液的pH，Fe(OH)3的pKsp為37.4與其他離子相比最大，pKsp=－lgKsp，pKsp越大，沉淀溶解平衡常數越小，濾液1為形成Fe(OH)3沉淀，pKsp=－lgKsp=37.4，Ksp=10－37.4，Ksp=c(Fe3＋)×c2(OH－)，c(OH－)≈10－10，c(H＋)=1×10－4mol·L－1，pH=4，濾液1的pH大于MnSO4浸出液的pH；③向溶液中加熱硫化銨，CuS的pKsp為35.2，可以將Cu2＋形成硫化物沉淀下來，再加入MnF2，形成CaF2沉淀，除去Ca2＋，最后得到的含有錳離子的鹽電解，可以達到金屬錳；

（3）Mn2＋和HCO3－發生成MnCO3、水和CO2，離子反應方程式為：Mn2++2HCO3-＝MnCO3↓+ H2O + CO2↑，由MnCO3(s)＋2OH－(aq) Mn(OH)2(s)＋CO32－(aq)可知，Ksp=c(CO32－)/c2(OH－)= [Ksp(MnCO3)/c(Mn2＋)] /[Ksp(Mn(OH)2)/c(Mn2＋)]=10－10.7/10－12.7=100。