Question

5．工業(yè)上用菱錳礦（MnCO₃）[含F(xiàn)eCO₃、SiO₂、Cu₂（OH）₂CO₃等雜質(zhì)]為原料制取二氧化錳，其流程示意圖如下：

已知：
生成氫氧化物沉淀的pH

氫氧化物	Mn（OH）2	Fe（OH）2	Fe（OH）3	Cu（OH）2
開始沉淀時	8.3	6.3	2.7	4.7
完全沉淀時	9.8	8.3	3.7	6.7

注：金屬離子的起始濃度為0.1mol•L^-1
回答下列問題：
（1）含雜質(zhì)的菱錳礦使用前需將其粉碎，主要目的是增大接觸面積，提高反應(yīng)速率．鹽酸溶解MnCO₃的化學(xué)方程式是MnCO₃+2HCl=MnCl₂+CO₂↑+H₂O．
（2）向溶液1中加入雙氧水時，反應(yīng)的離子方程式是2Fe²⁺+H₂O₂+4H₂O=2Fe（OH）₃↓+4H⁺．
（3）濾液2中加入稍過量的難溶電解質(zhì)MnS，以除去Cu²⁺，反應(yīng)的離子方程式是MnS+Cu²⁺=Mn²⁺+CuS．
（4）將MnCl₂轉(zhuǎn)化成MnO₂的一種方法是氧化法．其具體做法是用酸化的NaClO₃溶液將MnCl₂氧化，該反應(yīng)的離子方程式為
5Mn²⁺+2ClO${\;}_{3}^{-}$+□4H₂O═□Cl₂↑+□5MnO₂+□8H⁺．
（5）將MnCl₂轉(zhuǎn)化為MnO₂的另一種方法是電解法．
①生成MnO₂的電極反應(yīng)式是Mn²⁺-2e^-+2H₂O=MnO₂+4H⁺．
②若直接電解MnCl₂溶液，生成MnO₂的同時會產(chǎn)生少量Cl₂．檢驗(yàn)Cl₂的操作是將潤濕的淀粉碘化鉀試紙置于陽極附近，若試紙變藍(lán)則證明有Cl₂生成．
③若在上述MnCl₂溶液中加入一定量的Mn（NO₃）₂粉末，則無Cl₂產(chǎn)生，其原因是其它條件不變下，增大Mn²⁺濃度[或增大c（Mn²⁺）/c（Cl^-）]，有利于Mn²⁺放電（不利于Cl^-放電）．

Answer 1

分析 菱錳礦用鹽酸酸浸，MnCO₃、FeCO₃、Cu₂（OH）₂CO₃與鹽酸反應(yīng)，SiO₂不與鹽酸反應(yīng)，過濾得到濾渣1為SiO₂，濾液1中含有氯化鎂、氯化亞鐵、氯化銅及剩余的HCl，向?yàn)V液中加入生石灰，調(diào)節(jié)溶液pH=4，加入過氧化氫將溶液中Fe²⁺氧化為Fe³⁺，在PH=4時氧化得到Fe³⁺轉(zhuǎn)化為Fe（OH）₃沉淀，過濾除去，濾液2中加入MnS，將溶液中Cu²⁺氧化為CuS沉淀過濾除去，濾液3中為MnCl₂，系列轉(zhuǎn)化得到MnO₂．
（1）將菱錳礦粉碎，可以增大接觸面積，提高反應(yīng)速率；碳酸鎂與鹽酸反應(yīng)生成氯化鎂、二氧化碳與水；
（2）加入過氧化氫將溶液中Fe²⁺氧化為Fe³⁺，在PH=4時氧化得到Fe³⁺轉(zhuǎn)化為Fe（OH）₃沉淀，根據(jù)電荷守恒有氫離子生成；
（3）MnS與氯化銅反應(yīng)轉(zhuǎn)化更難溶的CuS，同時得到氯化鎂；
（4）用酸化的NaClO₃溶液將MnCl₂氧化得到MnO₂，Mn元素發(fā)生氧化反應(yīng)，則Cl元素發(fā)生還原反應(yīng)生成Cl₂，由于在酸性條件下反應(yīng)，根據(jù)電荷守恒可知，生成物中有H⁺生成，根據(jù)H元素守恒，可知反應(yīng)物中缺項物質(zhì)為H₂O，結(jié)合電荷守恒、原子守恒配平；
（5）①由題意可知，Mn²⁺轉(zhuǎn)化為MnO₂，發(fā)生氧化反應(yīng)，由O元素守恒可知有水參加反應(yīng)，由電荷守恒可知應(yīng)有H⁺生成；
②生成氯氣發(fā)生氧化反應(yīng)，在陽極產(chǎn)生，用潤濕的淀粉碘化鉀試紙檢驗(yàn)；
③其它條件不變下，增大Mn²⁺濃度，有利于Mn²⁺放電．

解答 解：菱錳礦用鹽酸酸浸，MnCO₃、FeCO₃、Cu₂（OH）₂CO₃與鹽酸反應(yīng)，SiO₂不與鹽酸反應(yīng)，過濾得到濾渣1為SiO₂，濾液1中含有氯化鎂、氯化亞鐵、氯化銅及剩余的HCl，向?yàn)V液中加入生石灰，調(diào)節(jié)溶液pH=4，加入過氧化氫將溶液中Fe²⁺氧化為Fe³⁺，在PH=4時氧化得到Fe³⁺轉(zhuǎn)化為Fe（OH）₃沉淀，過濾除去，濾液2中加入MnS，將溶液中Cu²⁺氧化為CuS沉淀過濾除去，濾液3中為MnCl₂，系列轉(zhuǎn)化得到MnO₂．
（1）將菱錳礦粉碎，可以增大接觸面積，提高反應(yīng)速率；碳酸鎂與鹽酸反應(yīng)生成氯化鎂、二氧化碳與水，反應(yīng)方程式為：MnCO₃+2HCl=MnCl₂+CO₂↑+H₂O，
故答案為：增大接觸面積，提高反應(yīng)速率；MnCO₃+2HCl=MnCl₂+CO₂↑+H₂O；
（2）加入過氧化氫將溶液中Fe²⁺氧化為Fe³⁺，在PH=4時氧化得到Fe³⁺轉(zhuǎn)化為Fe（OH）₃沉淀，根據(jù)電荷守恒有氫離子生成，反應(yīng)離子方程式為：2Fe²⁺+H₂O₂+4H₂O=2Fe（OH）₃↓+4H⁺，
故答案為：2Fe²⁺+H₂O₂+4H₂O=2Fe（OH）₃↓+4H⁺；
（3）MnS與氯化銅反應(yīng)轉(zhuǎn)化更難溶的CuS，同時得到氯化鎂，反應(yīng)離子方程式為：MnS+Cu²⁺=Mn²⁺+CuS，
故答案為：MnS+Cu²⁺=Mn²⁺+CuS；
（4）用酸化的NaClO₃溶液將MnCl₂氧化得到MnO₂，Mn元素發(fā)生氧化反應(yīng)，則Cl元素發(fā)生還原反應(yīng)生成Cl₂，由于在酸性條件下反應(yīng)，根據(jù)電荷守恒可知，生成物中有H⁺生成，根據(jù)H元素守恒，可知反應(yīng)物中缺項物質(zhì)為H₂O，配平后離子方程式為：5Mn²⁺+2ClO₃^-+4H₂O=Cl₂↑+5MnO₂+8H⁺，
故答案為：4H₂O；Cl₂↑；5MnO₂；8H⁺；
（5）①由題意可知，Mn²⁺轉(zhuǎn)化為MnO₂，發(fā)生氧化反應(yīng)，由O元素守恒可知有水參加反應(yīng)，由電荷守恒可知應(yīng)有H⁺生成，電極反應(yīng)式為：Mn²⁺-2e^-+2H₂O=MnO₂+4H⁺，
故答案為：Mn²⁺-2e^-+2H₂O=MnO₂+4H⁺；
②生成氯氣發(fā)生氧化反應(yīng)，在陽極產(chǎn)生，檢驗(yàn)Cl₂的操作是：將潤濕的淀粉碘化鉀試紙置于陽極附近，若試紙變藍(lán)則證明有Cl₂生成，
故答案為：將潤濕的淀粉碘化鉀試紙置于陽極附近，若試紙變藍(lán)則證明有Cl₂生成；
③Mn²⁺、Cl^-都在陽極放電，二者為競爭關(guān)系，增大Mn²⁺濃度[或增大c（Mn²⁺）/c（Cl^-）]，有利于Mn²⁺放電（不利于Cl^-放電），
故答案為：其它條件不變下，增大Mn²⁺濃度[或增大c（Mn²⁺）/c（Cl^-）]，有利于Mn²⁺放電（不利于Cl^-放電）．

點(diǎn)評 本題物質(zhì)制備實(shí)驗(yàn)，明確原理是解題關(guān)鍵，是對學(xué)生綜合能力的考查，需要學(xué)生具備扎實(shí)的基礎(chǔ)，題目難度中等．