Question

【題目】金屬錳及其化合物在工農業生產和科研領域具有廣泛的應用。

Ⅰ．溶液中的Mn2+可被酸性(NH4)2S2O8溶液氧化為 MnO4-，該方法可用于檢驗Mn2+。

(1)用酸性(NH4)2S2O8溶液檢驗Mn2+時的實驗現象為________。

(2)該反應的離子方程式為________。

(3)(NH4)2S2O8可視為由兩分子硫酸縮合所得，則H2S2O8的結構式為 ________。

Ⅱ．實驗室用含錳廢料(主要成分為MnO2，還含有少量Al2O3、MgO、SiO2)為原料制備Mn的工藝流程如下圖所示。

難溶物	Fe(OH)3	Al(OH)3	Mg(OH)2	Mn(OH)2
溶度積常數	4.0×10-38	1.0×10-33	1.8×10-11	1.8×10-13

(4)“酸浸”時，MnO2將Fe氧化為Fe3+，該反應的離子方程式為___________；該過程中浸出時間和液固比對錳浸出率的影響分別如下圖所示。

則適宜的浸出時間和液固比分別為____________、____________。

(5)若“酸浸”后所得濾液中c(Mn2+)=0.18molL-1，則應“調pH”的范圍為_________。

(6)“煅燒”反應中氧化劑與還原劑的物質的量之比為________。“還原”時發生的置換反應在化學上又叫作__________。

Answer 1

【答案】溶液由無色變為紫紅色 5S2O82-+2Mn2++8H2O= 2MnO4- +10SO42-+16H+ 3MnO2+2Fe+12H+=3Mn2++2Fe3++6H2O 60min 3:1 14/3≤pH＜8 1:2 鋁熱反應

【解析】

Ⅰ．(1)用酸性(NH4)2S2O8溶液檢驗Mn2+時，Mn2+可被酸性(NH4)2S2O8溶液氧化為MnO4-，溶液中無色的Mn2+被氧化生成紫紅色的MnO4-；(2)溶液中的Mn2+可被酸性(NH4)2S2O8溶液氧化為MnO4-，還原產物應為SO42-；(3)H2S2O8可視為由兩分子硫酸縮合所得，若硫酸的結構簡式為，兩個硫酸分子中每個分子去掉一個羥基中的H原子得到H2S2O8；

II．含錳廢料主要成分為MnO2，還含有少量Al2O3、MgO、SiO2，將含錳廢料中加入稀硫酸和Fe，SiO2不溶，得到的濾渣1中含有SiO2；MnO2在酸性介質中將Fe氧化為Fe3+，本身被還原為Mn2+，該反應的離子方程式為 3MnO2+2Fe+12H+=3Mn2++2Fe3++6H2O；Al2O3、MgO分別和稀硫酸生成硫酸鋁、硫酸鎂，過濾，調節濾液的pH，根據流程圖知，溶液中Fe3+、Al3+被轉化為沉淀，所以濾渣2為Fe(OH)3、Al(OH)3，向濾液中加入NaF，得到MgF2沉淀，所以濾渣3為MgF2，向濾液中加入碳酸氫銨，得到MnCO3沉淀，過濾后將碳酸錳沉淀灼燒得到MnO2，通過鋁熱反應得到Mn；據此分析解答。

Ⅰ．(1)用酸性(NH4)2S2O8溶液檢驗Mn2+時，Mn2+可被酸性(NH4)2S2O8溶液氧化為MnO4-，溶液中無色的Mn2+被氧化生成紫紅色的MnO4-，所以看到的現象是溶液由無色變為紫紅色，故答案為：溶液由無色變為紫紅色；

(2)溶液中的Mn2+可被酸性(NH4)2S2O8溶液氧化為MnO4-，還原產物應為SO42-，離子方程式為5S2O82-+2Mn2++8H2O=2MnO4-+10SO42-+16H+，故答案為：5S2O82-+2Mn2++8H2O=2MnO4-+10SO42-+16H+；

(3)H2S2O8可視為由兩分子硫酸縮合所得，硫酸的結構簡式為，兩個硫酸分子中每個分子去掉一個羥基中的H原子得到H2S2O8，其結構式為，故答案為：；

II．(4)“酸浸”時，MnO2將Fe氧化為Fe3+，自身被還原為錳離子，離子方程式為3MnO2+2Fe+12H+=3Mn2++2Fe3++6H2O；根據圖知，60min后錳的浸出率幾乎不變；液固比為3時錳的浸出率最大，適宜的浸出時間和液固比分別為60min、3∶1，故答案為：3MnO2+2Fe+12H+=3Mn2++2Fe3++6H2O；60min；3∶1；

(5)由流程圖中信息知，“調pH”的目的是使Fe3+和 A13+沉淀完全，而Mn2+不沉淀，根據Ksp[A1(OH)3]=1.0×10-33，Ksp[Fe(OH)3]=4.0×10-38可知，Al沉淀完全時Fe3+已沉淀完全，Al(OH)3恰好完全沉淀時的pH為-lg=，Mn2+開始沉淀時的pH為-lg=8，所以溶液的pH范圍為≤pH＜8，故答案為：≤pH＜8；

(6)煅燒時發生的反應為2MnCO3+O22MnO2+2CO2，碳酸錳為還原劑、氧氣為氧化劑，氧化劑和還原劑物質的量比為1∶2；“還原”時發生鋁粉與高熔點金屬氧化物的反應，又稱鋁熱反應，故答案為：1∶2；鋁熱反應。