Question

自然界中，锰的主要矿石有软锰矿（主要成分MnO₂）和菱锰矿（主要成分MnCO₃），金属锰的提炼方式主要有火法和湿法两种．
（1）火法炼锰可用铝与软锰矿高温反应进行．该反应的化学方程式是

 

．
湿法炼锰即电解硫酸锰溶液法．电解锰的生产过程分为化合浸取、氧化净化及沉淀除杂、产品回收．其生产工艺流程如图：

已知：①菱锰矿中主要杂质是Fe²⁺、Co²⁺、Ni²⁺．②生成氢氧化物的pH如表：

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

③有关难溶氢氧化物和硫化物pKsp数据（pKsp=-lgKsp）

难溶物质	Fe（OH）3	Ni（OH）2	Co（OH）2	NiS	CoS
pKsp	38.55	15.26	14.7	18.49	20.40

（2）菱锰矿粉与硫酸反应的化学方程式是

 

．
（3）MnO₂的作用是除去菱锰矿的硫酸浸取液中的Fe²⁺．该除杂过程的离子方程式是

 

．
（4）使用氨水的目的是调整pH值到

 

 （填pH范围，精确到小数点后1位数字）．在“浸出液”中加入硫化铵的是

 

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（5）电解槽中使用的是惰性电极板，电解反应方程式为

 

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Answer 1

考点：物质分离和提纯的方法和基本操作综合应用,难溶电解质的溶解平衡及沉淀转化的本质,电解原理

专题：实验设计题,元素及其化合物

分析：锰的主要矿石有软锰矿（主要成分MnO₂）和菱锰矿（主要成分MnCO₃），加入二氧化锰、硫酸和氨水在浸出槽中反应，通过化合浸取、氧化净化及沉淀除杂、电解硫酸锰溶液法得到产品；
（1）金属铝可以和部分金属氧化物之间发生置换反应来冶炼金属；
（2）菱锰矿粉与硫酸反应生成硫酸镁，二氧化碳和水；
（3）二氧化锰具有氧化性，能将亚铁离子氧化为三价铁离子；
（4）氨水可以将铁离子沉淀，根据氢氧化铁的Ksp来计算完全沉淀铁离子所需的溶液的pH即可，硫化铵可以将钴离子以及镍离子沉淀；
（5）根据电解池的工作原理来回答即可．

解答： 解：（1）金属铝可以和金属氧化物二氧化锰之间发生置换反应可以据此来冶炼金属锰，3MnO₂+4Al

高温  .

2Al₂O₃+3Mn；
故答案为：3MnO₂+4Al

高温  .

2Al₂O₃+3Mn；
（2）菱锰矿粉与硫酸反应生成硫酸镁，二氧化碳和水，化学方程式为：MgCO₃+H₂SO₄=MgSO₄+CO₂↑+H₂O；
故答案为：MgCO₃+H₂SO₄=MgSO₄+CO₂↑+H₂O；
（3）二氧化锰具有氧化性，能将亚铁离子氧化为三价铁离子，MnO₂能除去菱锰矿的硫酸浸取液中的Fe²⁺，该除杂过程的离子方程式是：4H⁺+2Fe²⁺+MnO₂=Mn²⁺+2Fe³⁺+2H₂O，故答案为：4H⁺+2Fe²⁺+MnO₂=Mn²⁺+2Fe³⁺+2H₂O；
（4）氨水可以将铁离子沉淀，氢氧化铁的Ksp=c³（OH^-）?c（Fe³⁺），铁离子完全沉淀时，铁离子的浓度是1×10^-5mol/L，此时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，所以将铁离子沉淀完全，但是锰离子未沉淀的范围是3.8～8.3，此范围内Co²⁺已经沉淀完全，所以再加入硫化铵将Ni²⁺
沉淀，故答案为：3.8～8.3；将Ni²⁺沉淀；
（5）根据电解池的工作原理，电解硫酸锰酸性溶液生成二氧化锰、硫酸和氢气，电解反应方程式为：MnSO₄+2H₂O

通电  .

MnO₂+H₂↑+H₂SO₄，故答案为：MnSO₄+2H₂O

通电  .

MnO₂+H₂↑+H₂SO₄．

点评：本题是一道实验方案设计的工艺流程题目，考查学生各方面的综合知识能力，难度大．