Question

【题目】工业上利用软锰矿（主要成分为MnO2，同时含少量铁、铝等的化合物）制备硫酸锰的常见流程如下：

部分金属阳离子以氢氧化物形式完全沉淀时溶液的pH见下表：

沉淀物	Al(OH)3	Fe(OH)3	Fe(OH)2	Mn(OH)2
pH	5.2	3.2	9.7	10.4

（1）一氧化锰用硫酸酸浸时发生的主要反应的离子方程式为____________________。酸浸后加入MnO2将溶液中的Fe2＋氧化成Fe3＋，其目的是___________。

（2）滤渣A的成分除MnO2外，还有_______________。

（3）MnO2是制造碱性锌锰电池的基本原料，放电时负极的电极反应式为________。工业上以石墨为电极电解酸化的MnSO4溶液生产MnO2，阳极的电极反应式为_________，当阴极产生4.48L（标况）气体时，MnO2的理论产量为______g。

（4）锰的三种难溶化合物的溶度积：Ksp(MnCO3)＝1.8×10－11，Ksp[Mn(OH)2]＝1.9×10－13，Ksp(MnS)＝2.0×10－13，则上述三种难溶物的饱和溶液中，Mn2＋浓度由大到小的顺序是_______＞_______＞_______（填写化学式）。

Answer 1

【答案】MnO＋2H＋＝Mn2＋＋H2O 确保铁元素在后续操作中完全转化为氢氧化物沉淀而除去 Al(OH)3、Fe(OH)3 Zn＋2OH－－2e－＝Zn(OH)2 Mn2＋＋2H2O－2e－＝MnO2＋4H＋ 17.4 Mn(OH)2 MnCO3 MnS

【解析】

软锰矿（主要成分为MnO2，同时含少量铁、铝等的化合物）加入碳粉焙烧，MnO2转化为一氧化锰，用稀硫酸浸取，一氧化锰转化为MnSO4，同时铁和铝也和稀硫酸反应进入溶液中，用MnO2氧化Fe2+成为Fe3+，便于通过调节溶液的PH使之转化为Fe(OH)3沉淀而除去。调节溶液的PH至5.4时，Fe3+和Al3+都成为氢氧化物而除去，滤液中主要含有Mn2+，用来制取硫酸锰。

（1）一氧化锰用硫酸酸浸时生成硫酸锰和水，因此发生反应的离子方程式为MnO＋2H＋＝Mn2＋＋H2O；根据表中数据可知，氢氧化亚铁完全沉淀时的pH值是9.7，因此在pH等于5.4的条件下不能沉淀无法除去。而氢氧化铁完全沉淀时的pH值只有3.2，所以酸浸后加入MnO2将溶液中的Fe2＋氧化成Fe3＋的目的是保铁元素在后续操作中完全转化为氢氧化物沉淀而除去。

（2）根据表中数据可知，在pH等于5.4的条件下铝离子与铁离子已经完全转化为氢氧化物沉淀，因此滤渣A的成分除MnO2外，还有Al(OH)3、Fe(OH)3。

（3）MnO2是制造碱性锌锰电池的基本原料，而原电池中负极失去电子，发生氧化反应，该原电池中锌是负极，则放电时负极的电极反应式为Zn＋2OH－－2e－＝Zn(OH)2；电解池中阳极失去电子，发生氧化反应，则工业上以石墨为电极电解酸化的MnSO4溶液生产MnO2，则锰离子在阳极放电，因此阳极的电极反应式为Mn2＋＋2H2O－2e－＝MnO2＋4H＋；电解池中阴极得到电子，发生还原反应，则阴极是溶液中的氢离子放电产生氢气。当阴极产生4.48L（标况）氢气，其物质的量是0.2mol，转移0.2mol×2＝0.4mol电子，所以根据电子守恒可知，阳极生成二氧化锰的物质的量是0.2mol，则MnO2的理论产量为0.2mol×87g/mol＝17.4g。

（4）锰的三种难溶化合物的溶度积：Ksp(MnCO3)＝1.8×10－11，Ksp[Mn(OH)2]＝1.9×10－13，Ksp(MnS)＝2.0×10－13，由于碳酸锰与硫化锰的组成特点相似，因此溶液中的锰离子浓度与溶度积常数成正比，即溶度积常数越大，锰离子浓度越大，所以Mn2＋浓度是MnCO3＞MnS。根据溶度积常数可知，碳酸锰和氢氧化锰溶液中Mn2＋浓度分别为、，显然前者小于后者，所以上述三种难溶物的饱和溶液中，Mn2＋浓度由大到小的顺序是Mn(OH)2＞MnCO3＞MnS。