Question

自然界中，錳的主要礦石有軟錳礦（主要成分MnO₂）和菱錳礦（主要成分MnCO₃），金屬錳的提煉方式主要有火法和濕法兩種．
（1）火法煉錳可用鋁與軟錳礦高溫反應進行．該反應的化學方程式是

 

．
濕法煉錳即電解硫酸錳溶液法．電解錳的生產(chǎn)過程分為化合浸取、氧化凈化及沉淀除雜、產(chǎn)品回收．其生產(chǎn)工藝流程如圖：

已知：①菱錳礦中主要雜質(zhì)是Fe²⁺、Co²⁺、Ni²⁺．②生成氫氧化物的pH如表：

物質(zhì)	Fe（OH）2	Ni（OH）2	Co（OH）2	Mn（OH）2
開始沉淀pH	7.5	7.7	7.6	8.3
完全沉淀pH	9.7	8.4	8.2	9.8

③有關(guān)難溶氫氧化物和硫化物pKsp數(shù)據(jù)（pKsp=-lgKsp）

難溶物質(zhì)	Fe（OH）3	Ni（OH）2	Co（OH）2	NiS	CoS
pKsp	38.55	15.26	14.7	18.49	20.40

（2）菱錳礦粉與硫酸反應的化學方程式是

 

．
（3）MnO₂的作用是除去菱錳礦的硫酸浸取液中的Fe²⁺．該除雜過程的離子方程式是

 

．
（4）使用氨水的目的是調(diào)整pH值到

 

 （填pH范圍，精確到小數(shù)點后1位數(shù)字）．在“浸出液”中加入硫化銨的是

 

．
（5）電解槽中使用的是惰性電極板，電解反應方程式為

 

．

Answer 1

考點：物質(zhì)分離和提純的方法和基本操作綜合應用,難溶電解質(zhì)的溶解平衡及沉淀轉(zhuǎn)化的本質(zhì),電解原理

專題：實驗設計題,元素及其化合物

分析：錳的主要礦石有軟錳礦（主要成分MnO₂）和菱錳礦（主要成分MnCO₃），加入二氧化錳、硫酸和氨水在浸出槽中反應，通過化合浸取、氧化凈化及沉淀除雜、電解硫酸錳溶液法得到產(chǎn)品；
（1）金屬鋁可以和部分金屬氧化物之間發(fā)生置換反應來冶煉金屬；
（2）菱錳礦粉與硫酸反應生成硫酸鎂，二氧化碳和水；
（3）二氧化錳具有氧化性，能將亞鐵離子氧化為三價鐵離子；
（4）氨水可以將鐵離子沉淀，根據(jù)氫氧化鐵的Ksp來計算完全沉淀鐵離子所需的溶液的pH即可，硫化銨可以將鈷離子以及鎳離子沉淀；
（5）根據(jù)電解池的工作原理來回答即可．

解答： 解：（1）金屬鋁可以和金屬氧化物二氧化錳之間發(fā)生置換反應可以據(jù)此來冶煉金屬錳，3MnO₂+4Al

高溫  .

2Al₂O₃+3Mn；
故答案為：3MnO₂+4Al

高溫  .

2Al₂O₃+3Mn；
（2）菱錳礦粉與硫酸反應生成硫酸鎂，二氧化碳和水，化學方程式為：MgCO₃+H₂SO₄=MgSO₄+CO₂↑+H₂O；
故答案為：MgCO₃+H₂SO₄=MgSO₄+CO₂↑+H₂O；
（3）二氧化錳具有氧化性，能將亞鐵離子氧化為三價鐵離子，MnO₂能除去菱錳礦的硫酸浸取液中的Fe²⁺，該除雜過程的離子方程式是：4H⁺+2Fe²⁺+MnO₂=Mn²⁺+2Fe³⁺+2H₂O，故答案為：4H⁺+2Fe²⁺+MnO₂=Mn²⁺+2Fe³⁺+2H₂O；
（4）氨水可以將鐵離子沉淀，氫氧化鐵的Ksp=c³（OH^-）?c（Fe³⁺），鐵離子完全沉淀時，鐵離子的濃度是1×10^-5mol/L，此時c（OH^-）=

3	10-38.55 10-5

≈10^-11.2mol/L，所以c（H⁺）=10^-3.8mol/L，所以pH=3.8，所以將鐵離子沉淀完全，但是錳離子未沉淀的范圍是3.8～8.3，此范圍內(nèi)Co²⁺已經(jīng)沉淀完全，所以再加入硫化銨將Ni²⁺
沉淀，故答案為：3.8～8.3；將Ni²⁺沉淀；
（5）根據(jù)電解池的工作原理，電解硫酸錳酸性溶液生成二氧化錳、硫酸和氫氣，電解反應方程式為：MnSO₄+2H₂O

通電  .

MnO₂+H₂↑+H₂SO₄，故答案為：MnSO₄+2H₂O

通電  .

MnO₂+H₂↑+H₂SO₄．

點評：本題是一道實驗方案設計的工藝流程題目，考查學生各方面的綜合知識能力，難度大．