Question

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

已知：生成氫氧化物沉淀的pH

	Mn（OH）2	Fe（OH）2	Fe（OH）3	Cu（OH）2
開(kāi)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

注：金屬離子的起始濃度為0.1mol/L
回答下列問(wèn)題：
（1）含雜質(zhì)的菱錳礦使用前需將其粉碎，主要目的是增大接觸面積，提高反應(yīng)速率．鹽酸溶解MnCO₃的化學(xué)方程式是MnCO₃+2HCl=MnCl₂+CO₂↑+H₂O．
（2）向溶液1中加入雙氧水時(shí)，反應(yīng)的離子方程式是2Fe²⁺+H₂O₂+4H₂O=2Fe（OH）₃↓+4H⁺．
（3）濾液2中加入稍過(guò)量的難溶電解質(zhì)MnS，以除去Cu²⁺，反應(yīng)的離子方程式是MnS+Cu²⁺=Mn²⁺+CuS．
（4）將MnCl₂轉(zhuǎn)化為MnO₂的一種方法是氧化法．其具體做法是用酸化的NaClO₃溶液將MnCl₂氧化，該反應(yīng)的離子方程式為：□Mn²⁺+□ClO₃^-+□4H₂O=□Cl₂↑+□5MnO₂+□8H⁺．
（5）將MnCl₂轉(zhuǎn)化為MnO₂的另一種方法是電解法．
①生成MnO₂的電極反應(yīng)式是Mn²⁺-2e^-+2H₂O=MnO₂+4H⁺．
②若直接電解MnCl₂溶液，生成MnO₂的同時(shí)會(huì)產(chǎn)生少量Cl₂．檢驗(yàn)Cl₂的操作是將潤(rùn)濕的淀粉碘化鉀試紙置于陽(yáng)極附近，若試紙變藍(lán)則證明有Cl₂生成．
③若在上述MnCl₂溶液中加入一定量的Mn（NO₃）₂粉末，則無(wú)Cl₂產(chǎn)生．其原因是其它條件不變下，增大Mn²⁺濃度，有利于Mn²⁺放電（不利于Cl^-放電）．

Answer 1

分析 菱錳礦用鹽酸酸浸，MnCO₃、FeCO₃、Cu₂（OH）₂CO₃與鹽酸反應(yīng)，SiO₂不與鹽酸反應(yīng)，過(guò)濾得到濾渣1為SiO₂，濾液1中含有氯化鎂、氯化亞鐵、氯化銅及剩余的HCl，向?yàn)V液中加入生石灰，調(diào)節(jié)溶液pH=4，加入過(guò)氧化氫將溶液中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(guò)濾除去，濾液2中加入MnS，將溶液中Cu²⁺轉(zhuǎn)化為CuS沉淀過(guò)濾除去，濾液3中為MnCl₂，系列轉(zhuǎn)化得到MnO₂．
（1）將菱錳礦粉碎，可以增大接觸面積，提高反應(yīng)速率；碳酸鎂與鹽酸反應(yīng)生成氯化鎂、二氧化碳與水；
（2）加入過(guò)氧化氫將溶液中Fe²⁺氧化為Fe³⁺，在PH=4時(shí)氧化得到Fe³⁺轉(zhuǎn)化為Fe（OH）₃沉淀，根據(jù)電荷守恒有氫離子生成；
（3）MnS與氯化銅反應(yīng)轉(zhuǎn)化更難溶的CuS，同時(shí)得到氯化鎂；
（4）用酸化的NaClO₃溶液將MnCl₂氧化得到MnO₂，Mn元素發(fā)生氧化反應(yīng)，則Cl元素發(fā)生還原反應(yīng)生成Cl₂，由于在酸性條件下反應(yīng)，根據(jù)電荷守恒可知，生成物中有H⁺生成，根據(jù)H元素守恒，可知反應(yīng)物中缺項(xiàng)物質(zhì)為H₂O，結(jié)合電荷守恒、原子守恒配平；
（5）①由題意可知，Mn²⁺轉(zhuǎn)化為MnO₂，發(fā)生氧化反應(yīng)，由O元素守恒可知有水參加反應(yīng)，由電荷守恒可知應(yīng)有H⁺生成；
②生成氯氣發(fā)生氧化反應(yīng)，在陽(yáng)極產(chǎn)生，用潤(rùn)濕的淀粉碘化鉀試紙檢驗(yàn)；
③其它條件不變下，增大Mn²⁺濃度，有利于Mn²⁺放電．

解答 解：菱錳礦用鹽酸酸浸，MnCO₃、FeCO₃、Cu₂（OH）₂CO₃與鹽酸反應(yīng)，SiO₂不與鹽酸反應(yīng)，過(guò)濾得到濾渣1為SiO₂，濾液1中含有氯化鎂、氯化亞鐵、氯化銅及剩余的HCl，向?yàn)V液中加入生石灰，調(diào)節(jié)溶液pH=4，加入過(guò)氧化氫將溶液中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(guò)濾除去，濾液2中加入MnS，將溶液中Cu²⁺轉(zhuǎn)化為CuS沉淀過(guò)濾除去，濾液3中為MnCl₂，系列轉(zhuǎn)化得到MnO₂，
（1）根據(jù)影響化學(xué)反應(yīng)速率的因素，菱錳礦使用前需將其粉碎，主要目的是增大接觸面積，提高反應(yīng)速率；鹽酸MnCO₃反應(yīng)生成氯化錳、CO₂ 和水，反應(yīng)的化學(xué)方程式為MnCO₃+2HCl=MnCl₂+CO₂↑+H₂O，
故答案為：增大接觸面積，提高反應(yīng)速率；MnCO₃+2HCl=MnCl₂+CO₂↑+H₂O；
（2）雙氧水具有氧化性，F(xiàn)e²⁺具有還原性，加入雙氧水將Fe²⁺氧化成Fe³⁺，在PH=4時(shí)得到Fe（OH）₃ 沉淀，反應(yīng)的離子方程式為：2Fe²⁺+H₂O₂+4H₂O=2Fe（OH）₃↓+4H⁺，
故答案為：2Fe²⁺+H₂O₂+4H₂O=2Fe（OH）₃↓+4H⁺；
（3）硫化錳與氯化銅反應(yīng)生成更難溶的CuS，同時(shí)得到氯化鎂，離子方程式為：MnS+Cu²⁺=Mn²⁺+CuS，
故答案為：MnS+Cu²⁺=Mn²⁺+CuS；
（4）用酸化的NaClO₃溶液將MnCl₂氧化得到MnO₂，Mn元素的化合價(jià)由+2價(jià)升高到+4價(jià)發(fā)生氧化反應(yīng)，則Cl元素發(fā)生還原反應(yīng)生成Cl₂，然后配平的離子方程式為：5Mn²⁺+2ClO₃^-+4H₂O=Cl₂↑+5MnO₂+8H⁺，
故答案為：5；2；4H₂O；Cl₂↑；5MnO₂；8H⁺；
（5）①電解法由MnCl₂轉(zhuǎn)化為MnO₂，Mn元素失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，做電解池的陽(yáng)極，電極反應(yīng)為：Mn²⁺-2e^-+2H₂O=MnO₂+4H⁺，
故答案為：Mn²⁺-2e^-+2H₂O=MnO₂+4H⁺；
②檢驗(yàn)氯氣的操作是將潤(rùn)濕的淀粉碘化鉀試紙置于陽(yáng)極附近，若試紙變藍(lán)則證明有Cl₂生成，
故答案為：將潤(rùn)濕的淀粉碘化鉀試紙置于陽(yáng)極附近，若試紙變藍(lán)則證明有Cl₂生成；
③若其它條件不變，增大Mn²⁺濃度，有利于Mn²⁺放電，不利于Cl^-放電，所以無(wú)氯氣產(chǎn)生，
故答案為：其它條件不變下，增大Mn²⁺濃度，有利于Mn²⁺放電（不利于Cl^-放電）．

點(diǎn)評(píng) 本題考查物質(zhì)制備實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)，題目難度中等，明確實(shí)驗(yàn)原理是解題關(guān)鍵，注意掌握電解原理及制備方案設(shè)計(jì)的原則，試題知識(shí)點(diǎn)較多，充分考查了學(xué)生的分析能力及化學(xué)實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Γ?/p>