Question

10．錳及其化合物在生產(chǎn)、生活中有許多用途
I．在實(shí)驗(yàn)室中模擬工業(yè)利用軟錳礦（主要成分為MnO₂，含少量SiO₂、Fe₂O₃和A1₂O₃等）制備金屬錳等物質(zhì)，設(shè)計(jì)流程如圖：

己知：碳酸錳在空氣中高溫加熱固體產(chǎn)物為Mn₂O₃；部分氫氧化物的Ksp（近似值）如表．

物質(zhì)	Mn（OH）2	Fe（OH）2	Fe（OH）3	Al（OH）3
Ksp	10-13	10-17	10-39	10-33

（1）“酸浸”中MnO₂反應(yīng)的離子方程式為MnO₂+2Fe²⁺+4H⁺$\frac{\underline{\;加熱\;}}{\;}$Mn²⁺+2Fe³⁺+2H₂O．
（2）向?yàn)V液I 中滴加雙氧水的目的是將Fe²⁺氧化為Fe³⁺，便于轉(zhuǎn)化為Fe（OH）₃除去；測(cè)得濾液I 中c（Mn²⁺）=0.1mol•L^-1，為保證滴加氨水不產(chǎn)生Mn（OH）₂，應(yīng)控制溶液pH最大為8．
（3）“沉錳”過(guò)程中的離子方程式為Mn²⁺+HCO₃^-+NH₃•H₂O=MnCO₃↓+NH₄⁺+H₂O．
（4）以碳酸錳和金屬鋁為原料可以制備粗錳，寫(xiě)出制備過(guò)程中最后一步反應(yīng)的化學(xué)方程式Mn₂O₃+2Al$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$Al₂O₃+2Mn．
Ⅱ．科學(xué)家發(fā)明了NH₃燃料電池，以KOH為電解質(zhì)，原理如圖所示．

（5）該燃料電池的負(fù)極反應(yīng)式為2NH₃+6OH^--6e^-=N₂+6H₂O．
（6）以該電池為電源，用石墨電極電解錳酸鉀（K₂MnO₄）溶液制取高錳酸鉀，通電10分鐘，電流強(qiáng)度為0.5A．最多可制得高錳酸鉀0.49g（已知1mol電子所帶電量為96500C）．

Answer 1

分析 I．軟錳礦用硫酸、硫酸亞鐵溶解，二氧化硅不反應(yīng)，由沉錳后得到碳酸錳，可知酸性條件下二氧化錳被亞鐵離子還原為Mn²⁺，過(guò)濾分離，濾液I中加入過(guò)氧化氫，將Fe²⁺氧化為Fe³⁺，通入氨氣調(diào)節(jié)溶液pH，將Fe³⁺、Al³⁺轉(zhuǎn)化為Fe（OH）₃、Al（OH）₃除去，再過(guò)濾分離，濾液Ⅱ中加入碳酸氫銨與氨水的混合物得到碳酸錳，再過(guò)濾分離．
（1）“酸浸”中MnO₂在酸性條件下被Fe²⁺還原為Mn²⁺，F(xiàn)e²⁺被氧化生成Fe³⁺；
（2）滴加雙氧水將Fe²⁺氧化為Fe³⁺，便于轉(zhuǎn)化為Fe（OH）₃除去；
結(jié)合Ksp[Mn（OH）₂]=c（Mn²⁺）×c²（OH^-）=10^-13計(jì)算c（OH^-），進(jìn)而計(jì)算控制溶液pH；
（3）Mn²⁺與HCO₃^-、NH₃•H₂O反應(yīng)生成MnCO₃、NH₄⁺與H₂O；
（4）碳酸錳分解生成Mn₂O₃，Al與Mn₂O₃發(fā)生置換反應(yīng)得到Mn；
Ⅱ．（5）負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)，由圖可知，堿性條件下氨氣失去電子生成氮?dú)馀c水；
（6）計(jì)算轉(zhuǎn)移電子物質(zhì)的量，再根據(jù)電子轉(zhuǎn)移守恒計(jì)算高錳酸鉀的物質(zhì)的量，進(jìn)而計(jì)算其質(zhì)量．

解答 解：I．軟錳礦用硫酸、硫酸亞鐵溶解，二氧化硅不反應(yīng)，由沉錳后得到碳酸錳，可知酸性條件下二氧化錳被亞鐵離子還原為Mn²⁺，過(guò)濾分離，濾液I中加入過(guò)氧化氫，將Fe²⁺氧化為Fe³⁺，通入氨氣調(diào)節(jié)溶液pH，將Fe³⁺、Al³⁺轉(zhuǎn)化為Fe（OH）₃、Al（OH）₃除去，再過(guò)濾分離，濾液Ⅱ中加入碳酸氫銨與氨水的混合物得到碳酸錳，再過(guò)濾分離．
（1）“酸浸”中MnO₂在酸性條件下被Fe²⁺還原為Mn²⁺，F(xiàn)e²⁺被氧化生成Fe³⁺，反應(yīng)離子方程式為：MnO₂+2Fe²⁺+4H⁺$\frac{\underline{\;加熱\;}}{\;}$Mn²⁺+2Fe³⁺+2H₂O，
故答案為：MnO₂+2Fe²⁺+4H⁺$\frac{\underline{\;加熱\;}}{\;}$Mn²⁺+2Fe³⁺+2H₂O；
（2）滴加雙氧水將Fe²⁺氧化為Fe³⁺，便于轉(zhuǎn)化為Fe（OH）₃除去，
濾液I 中c（Mn²⁺）=0.1mol•L^-1，結(jié)合Ksp[Mn（OH）₂]=c（Mn²⁺）×c²（OH^-）=10^-13，可知c（OH^-）=$\sqrt{\frac{1{0}^{-13}}{0.1}}$mol/L=10^-6mol/L，則溶液中c（H⁺）=$\frac{1{0}^{-14}}{1{0}^{-6}}$mol/L=10^-8mol/L，此時(shí)溶液pH=-lg10^-8=8，
故答案為：將Fe²⁺氧化為Fe³⁺，便于轉(zhuǎn)化為Fe（OH）₃除去；8；
（3）Mn²⁺與HCO₃^-、NH₃•H₂O反應(yīng)生成MnCO₃、NH₄⁺與H₂O，反應(yīng)離子方程式為：Mn²⁺+HCO₃^-+NH₃•H₂O=MnCO₃↓+NH₄⁺+H₂O，
故答案為：Mn²⁺+HCO₃^-+NH₃•H₂O=MnCO₃↓+NH₄⁺+H₂O；
（4）碳酸錳分解生成Mn₂O₃，Al與Mn₂O₃發(fā)生置換反應(yīng)得到Mn，制備過(guò)程中最后一步反應(yīng)的化學(xué)方程式：Mn₂O₃+2Al$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$Al₂O₃+2Mn，
故答案為：Mn₂O₃+2Al$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$Al₂O₃+2Mn；
Ⅱ．（5）負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)，由圖可知，堿性條件下氨氣失去電子生成氮?dú)馀c水，負(fù)極電極反應(yīng)式為：2NH₃+6OH^--6e^-=N₂+6H₂O，
故答案為：2NH₃+6OH^--6e^-=N₂+6H₂O；
（6）轉(zhuǎn)移電子物質(zhì)的量為$\frac{600s×0.5A}{96500C/mol}$=$\frac{3}{965}$mol，根據(jù)電子轉(zhuǎn)移守恒，生成高錳酸鉀的物質(zhì)的量為=$\frac{3}{965}$mol÷（7-6）=$\frac{3}{965}$mol，則生成高錳酸鉀的質(zhì)量為$\frac{3}{965}$mol×158g/mol≈0.49g，
故答案為：0.49．

點(diǎn)評(píng) 本題考查物質(zhì)制備工藝流程、原電池與電解原理，屬于拼合型題目，涉及陌生方程式書(shū)寫(xiě)、對(duì)原理的分析評(píng)價(jià)、條件控制、化學(xué)計(jì)算等知識(shí)點(diǎn)，是對(duì)學(xué)生綜合能力的考查，注意電化學(xué)計(jì)算中電子轉(zhuǎn)移守恒的運(yùn)用．