Question

（9分）某種碳酸錳礦的主要成分有MnCO₃、MnO₂、FeCO₃、MgO、SiO₂、Al₂O₃等。已知碳酸錳難溶于水。一種運(yùn)用陰離子膜電解法的新技術(shù)可用于從碳酸錳礦中提取金屬錳，流程如下：

陰離子膜法電解裝置如下圖所示：

（1）寫出用稀硫酸溶解碳酸錳反應(yīng)的離子方程式：                                     。

（2）已知Ksp (Fe(OH)₃) = 4 ´10^–38，假設(shè)溶液中Fe³⁺離子濃度為0．1 mol·L^–1，則開始生成Fe(OH)₃ 沉淀的pH是_________，沉淀完全的pH是_________。（可能用到的數(shù)據(jù)：lg= -0．1  lg=0．2）

（3）已知不同金屬離子生成氫氧化物沉淀所需的pH如下表：

離子	Fe3+	A13+	Fe2+	Mn2+	Mg2+
開始沉淀的pH	1．2	3．7	7．0	7．8	9．3
沉淀完全的pH	3．7	4．7	9．6	9．8	10．8

 

加氨水調(diào)節(jié)溶液的pH等于6，則“濾渣（待處理）”的成分是            （寫化學(xué)式），濾液中含有的陽離子有H⁺和           （寫符號）。

（4）在浸出液里錳元素只以Mn²⁺的形式存在，且濾渣A中也無MnO₂，請用離子方程式解釋原因：                                                                               。

（5）電解裝置中箭頭表示溶液中陰離子移動(dòng)的方向，則A電極是直流電源的      極。實(shí)際生產(chǎn)中，陽極以稀硫酸為電解液，陽極的電極反應(yīng)式為                                      。

（6）該工藝之所以采用陰離子交換膜，是為了防止Mn²⁺進(jìn)入陽極區(qū)發(fā)生副反應(yīng)生成MnO₂造成資源浪費(fèi)，寫出該副反應(yīng)的電極反應(yīng)式：                                              。

 

Answer 1

【答案】

（9分）

（1）MnCO₃＋2H⁺＝Mn²⁺＋CO₂↑＋H₂O

（2）1．9    3．2

（3）Al(OH)₃、Fe(OH)₃        Mn²⁺、Mg²⁺、NH₄⁺

（4）MnO₂+2Fe²⁺+4H⁺=Mn²⁺+2Fe³⁺+2H₂O

（5）負(fù)極    4OH^-－4e^-＝O₂↑＋2H₂O

（6）Mn²⁺－2e^-＋2H₂O＝MnO₂＋4H⁺

【解析】

試題分析：（1）硫酸為可溶性強(qiáng)電解質(zhì)可拆，碳酸錳難溶于水，不可拆，所以反應(yīng)的離子方程式：MnCO₃＋2H⁺＝Mn²⁺＋CO₂↑＋H₂O

（2）由Ksp (Fe(OH)₃) = 4 ´10^–38=c（Fe³⁺）c³（OH^-）可知：c³（OH^-）=4 ´10^–37，又因?yàn)閏（H⁺）=Kw/ c³（OH^-），pH=- lg c（H⁺）。所以開始生成Fe(OH)₃ 沉淀的pH是1．9。殘留在溶液中的離子濃度小于1×10^-5 mol•L^-1時(shí)就認(rèn)為沉淀完全，同理可得沉淀完全的pH是3．2

（3）加氨水調(diào)節(jié)溶液的pH等于6，F(xiàn)e³⁺ A1³⁺沉淀完全，則“濾渣（待處理）”的成分是Al(OH)₃、Fe(OH)₃，F(xiàn)e²⁺被雙氧水完全氧化成Fe³⁺，濾液中含有的陽離子有H⁺、Mn²⁺、Mg²⁺。

（4）MnO₂在酸性條件下被Fe²⁺還原成了Mn²⁺，所以在浸出液里錳元素只以Mn²⁺的形式存在，用離子方程式解釋原因?yàn)镸nO₂+2Fe²⁺+4H⁺=Mn²⁺+2Fe³⁺+2H₂O

（5）電解過程中溶液中陰離子向陽極移動(dòng)，所以電解池中左邊為陰極，與電池的負(fù)極相連，右邊為陽極，與電池的正極相連。陽極失電子，陽極為惰性電極時(shí)，溶液的陰離子失電子。S^2->I^->Br^->Cl^->OH^->含氧酸根>F^-，所以陽極的電極反應(yīng)式為4OH^-－4e^-＝O₂↑＋2H₂O。

（6）Mn²⁺進(jìn)入陽極區(qū)會失電子生成MnO₂所以該副反應(yīng)的電極反應(yīng)式為Mn²⁺－2e^-＋2H₂O＝MnO₂＋4H⁺

考點(diǎn)：原電池和電解池原理