Question

【題目】軟錳礦的主要成分為MnO2，還含有MgO、CaO、FeO、Fe2O3、Al2O3等雜質(zhì)，工業(yè)上用軟錳礦制取MnSO4·H2O的流程如下：

已知：① 幾種常見金屬離子形成氫氧化物沉淀時(shí)的pH值如下表：

氫氧化物	Fe(OH)2	Fe(OH)3	Al(OH)3	Mn(OH)2	Mg(OH)2
開始沉淀pH	7.0	2.7	3.7	8.1	9.6
完全沉淀pH	9.2	3.2	5.2	10.2	11

② 溫度高于27℃時(shí)，MnSO4的溶解度隨溫度的升高而逐漸降低。

（1）已知：25℃、101kpa時(shí)，

Mn(s)＋O2(g)＝MnO2(s) △ H＝－520 kJ/mol

S(s)＋O2(g)＝SO2(g) △ H＝－297 kJ/mol

Mn(s)＋S(s)＋2O2(g)＝MnSO4(aq) △ H＝－1065 kJ/mol

“浸出”過程中MnO2轉(zhuǎn)化為MnSO4的熱化學(xué)方程式為___________________________。

（2） “第1步除雜”是為了除去浸出液中的Fe3+、Fe2+、Al3+，加入H2O2溶液的目的是（用離子方程式表示）____________________________________________，需要調(diào)節(jié)的pH的范圍是_________________；所加的試劑X是_________ (填以下物質(zhì)序號(hào))。

A、MnO2 B、MnCO3 C、KMnO4 D、NaOH。

請(qǐng)用平衡移動(dòng)原理分析，加入X能使除去浸出液中Fe3+的原因是：_______________。

（3）根據(jù)下表數(shù)據(jù)，選擇“第2步除雜”所加的物質(zhì)Y（由一種陽(yáng)離子和一種陰離子組成），物質(zhì)Y的化學(xué)式____________。

陰離子 Ksp 陽(yáng)離子	CO32－	F－	OH－
Ca2+	5.0×10－9	1.5×10－10	4.7×10－6
Mg2+	3.8×10－6	7.4×10－11	5.6×10－12
Mn2+	2.2×10－11	5.3×10－3	2.1×10－13

（4）采用“系列操作”中需要“趁熱過濾”，其目的是_______________________________。

（5）以MnSO4溶液為原料，采用電解的方法可制備高純度的MnO2，則電解池陽(yáng)極的電極反應(yīng)方程式為___________________________________________________________。

Answer 1

【答案】MnO2(s)＋SO2(g) == MnSO4(aq) △H= —248kJ/mol-1將2Fe2++H2O2+2H+==2Fe3++2H2O5.2＜pH≤8.1B (MnCO3)溶液中在在下列平衡：Fe3+ + 3H2O Fe(OH)3 + 3H+，加入MnCO3后，H+與MnCO3反應(yīng)，使溶液中c(H+)減小，水解平衡向生成Fe(OH)3的方向移動(dòng)，從而產(chǎn)生沉淀MnF2防止溫度下降時(shí)MnSO4·H2O溶解，導(dǎo)致產(chǎn)率降低Mn2+ - 2e- +2H2O＝MnO2 + 4H+

【解析】

（1）由蓋斯定律可知MnO2轉(zhuǎn)化為MnSO4的熱化學(xué)方程式的焓變△H=（－1065 kJ/mol+520 kJ/mol+297 kJ/mol）=—248kJ/mol-1，故答案為：MnO2(s)＋SO2(g) == MnSO4(aq) △H= —248kJ/mol-1；（2）由表中數(shù)據(jù)可知當(dāng)Fe2+完全沉淀時(shí)，Mn2+已開始沉淀，為了除去雜質(zhì)又不影響Mn2+，故需將Fe2+氧化；Al3+完全沉淀時(shí)所需要pH為5.2，Mn2+開始沉淀的pH為8.1，則需調(diào)整pH為5.2~8.1之間，為了不帶入新的雜質(zhì)，同時(shí)MnCO3又能與H+反應(yīng)，使可逆反應(yīng)：Fe3++3H2OFe(OH)3+3H+平衡正向移動(dòng)，達(dá)到除去Fe3+的作用，故答案為：2Fe2++H2O2+2H+==2Fe3++2H2O；5.2＜pH≤8.1；B ；溶液中在在下列平衡：Fe3+ + 3H2O Fe(OH)3 + 3H+，加入MnCO3后，H+與MnCO3反應(yīng)，使溶液中c(H+)減小，水解平衡向生成Fe(OH)3的方向移動(dòng)，從而產(chǎn)生沉淀；（3）從表中數(shù)據(jù)可知MnF2的溶度積遠(yuǎn)大于CaF2和MgF2，則加入MnF2能夠?qū)?/span>Ca2+和Mg2+沉淀完全，故答案為：MnF2；（4）溫度高于27℃時(shí)，MnSO4的溶解度隨溫度的升高而逐漸降低，為避免原料的損失，則應(yīng)趁熱過濾，故答案為：防止溫度下降時(shí)MnSO4·H2O溶解，導(dǎo)致產(chǎn)率降低；（5）電解的陽(yáng)極發(fā)生氧化反應(yīng)，Mn2+被氧化為MnO2，故答案為：Mn2+ - 2e- +2H2O＝MnO2 + 4H+。