Question

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

已知k_sp（CuS）=1.3×10^-36，k_sp（MnS）=1.95×10^-13，．金屬陽離子生成氫氧化物沉淀的pH如表

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

回答下列問題：
（1）寫出濾渣1的主要成分的名稱二氧化錳．主要成分MnCO₃與稀硫酸反應(yīng)離子方程式為MnCO₃+2HCl=MnCl₂+CO₂↑+H₂O．
（2）試劑1最好選用C （填選項(xiàng)字母），其反應(yīng)的離子方程式MnO₂+2Fe²⁺+4H⁺=Mn²⁺+2Fe³⁺+2H₂O．
A．次氯酸鈉    B．濃鹽酸    C．二氧化錳     D．氯水
加入試劑2目的是調(diào)節(jié)pH值，此時(shí)pH應(yīng)該控制在3.7≤pH≤4.7范圍．
（3）寫出濾液2中加入MnS后發(fā)生反應(yīng)的離子方程式MnS+Cu²⁺=Mn²⁺+CuS．該反應(yīng)的平衡常數(shù)為1.5×10²³．
（4）用惰性電極電解硫酸錳溶液可以制取二氧化錳，寫出電解時(shí)陽極的電極反應(yīng)式Mn²⁺-2e^-+2H₂O=4H⁺+MnO₂．工業(yè)上用硫酸溶解碳酸錳而不用鹽酸溶解，其主要優(yōu)點(diǎn)為氯離子放電生成有毒氣體氯氣，而SO₄^2-不會．

Answer 1

分析 菱錳礦用稀硫酸酸浸，MnCO₃、FeCO₃、Cu₂（OH）₂CO₃與硫酸反應(yīng)，SiO₂不與硫酸反應(yīng)，過濾得到濾渣1為SiO₂，濾液1中含有硫酸鎂、硫酸亞鐵、硫酸銅及剩余的稀硫酸，向?yàn)V液中加入生石灰，調(diào)節(jié)溶液pH=4，利用二氧化錳在酸性條件下將溶液中Fe²⁺氧化為Fe³⁺，在PH=4時(shí)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）MnCO₃、FeCO₃、Cu₂（OH）₂CO₃均能溶解于稀硫酸生成可溶于水的鹽，而SiO₂難溶于水且不能溶解于稀硫酸；碳酸錳與硫酸反應(yīng)生成硫酸錳、二氧化碳與水，其中碳酸錳難溶于水，據(jù)此寫出此反應(yīng)的離子方程式；
（2）滴加試劑1的目的是為了將溶液中Fe²⁺氧化為Fe³⁺，同時(shí)考慮不引入新的雜質(zhì)，可選擇MnO₂，在酸性條件下，MnO₂被還原為Mn²⁺，而溶液中Fe²⁺氧化為Fe³⁺，結(jié)合電子守恒、電荷守恒及原子守恒寫出發(fā)生反應(yīng)的離子方程式；Fe³⁺完全沉淀時(shí)的pH為3.7，而Cu²⁺開始沉淀時(shí)的pH為4.7，據(jù)此分析控制溶液pH的范圍；
（3）MnS與硫酸銅反應(yīng)轉(zhuǎn)化更難溶的CuS，同時(shí)得到硫酸鎂，此反應(yīng)的平衡常數(shù)K=$\frac{c（C{u}^{2+}）}{c（M{n}^{2+}）}$；
（4）由題意可知，陽極發(fā)生氧化反應(yīng)，錳離子失去電子發(fā)生氧化反應(yīng)生成MnO₂；用鹽酸溶解時(shí)，生成氯化鎂在電解時(shí)陽極上氯離子放電生成氯氣．

解答 解：菱錳礦用硫酸酸浸，MnCO₃、FeCO₃、Cu₂（OH）₂CO₃與硫酸反應(yīng)，SiO₂不與鹽硫酸反應(yīng)，過濾得到濾渣1為SiO₂，濾液1中含有硫酸鎂、硫酸亞鐵、硫酸銅及剩余的稀硫酸，向?yàn)V液中加入生石灰，調(diào)節(jié)溶液pH=4，利用二氧化錳在酸性條件下將溶液中Fe²⁺氧化為Fe³⁺，在PH=4時(shí)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）因SiO₂難溶于水且不能溶解于稀硫酸，則菱錳礦用稀硫酸溶解后，所得濾渣為SIO₂；碳酸錳與鹽酸反應(yīng)生成硫酸錳、二氧化碳與水，發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為：MnCO₃+2H⁺=Mn²⁺+CO₂↑+H₂O，
故答案為：二氧化硅；MnCO₃+2HCl=MnCl₂+CO₂↑+H₂O；
（2）結(jié)合不引入新的雜質(zhì)，影響產(chǎn)品的純度，同時(shí)又能將溶液中Fe²⁺氧化為Fe³⁺，可選擇MnO₂，在酸性條件下發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為，結(jié)合Fe³⁺、Cu²⁺生成氫氧化物沉淀的pH可知，控制溶液3.7≤pH≤4.7，即可使Fe³⁺完全沉淀，而Cu²⁺不沉淀，
故答案為：C；MnO₂+2Fe²⁺+4H⁺=Mn²⁺+2Fe³⁺+2H₂O；3.7≤pH≤4.7；
（3）MnS與硫酸銅反應(yīng)轉(zhuǎn)化更難溶的CuS，同時(shí)得到硫酸鎂，反應(yīng)離子方程式為：MnS+Cu²⁺=Mn²⁺+CuS，此反應(yīng)的平衡常數(shù)K=$\frac{c（C{u}^{2+}）}{c（M{n}^{2+}）}$=$\frac{{K}_{sp}（CuS）}{{K}_{sp}（MnS）}$=$\frac{1.95×1{0}^{-13}}{1.3×1{0}^{-36}}$=1.5×10²³，
 故答案為：MnS+Cu²⁺=Mn²⁺+CuS；1.5×10²³；
（4）用惰性電極電解硫酸錳和硫酸鉀混合溶液的方法可以制取高錳酸鉀，電解時(shí)的陽極反應(yīng)式為Mn²⁺-2e^-+2H₂O=4H⁺+MnO₂；工業(yè)上用硫酸溶解碳酸錳，而不用鹽酸溶解，其原因是氯離子放電生成有毒氣體氯氣，而SO₄^2-不會，
故答案為：Mn²⁺-2e^-+2H₂O=4H⁺+MnO₂；氯離子放電生成有毒氣體氯氣，而SO₄^2-不會．

點(diǎn)評 本題考查混合物分離提純及物質(zhì)制備實(shí)驗(yàn)，為高頻考點(diǎn)，把握實(shí)驗(yàn)流程中的反應(yīng)、混合物分離提純、電解原理為解答 的關(guān)鍵，綜合性較強(qiáng)，側(cè)重分析與實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ目疾椋�題目難度中等．