Question

4．工業(yè)上利用軟錳礦（主要成分為MnO₂，同時含少量鐵、鋁等的化合物）制備硫酸錳的常見流程如下：

部分金屬陽離子以氫氧化物形式完全沉淀時溶液的pH見下表：

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）一氧化錳用硫酸酸浸時發(fā)生的主要反應(yīng)的離子方程式為MnO+2H⁺=Mn²⁺+H₂O．酸浸后加入MnO₂將溶液中的Fe²⁺氧化成Fe³⁺，其目的是確保鐵元素在后續(xù)操作中完全轉(zhuǎn)化為氫氧化物沉淀而除去．
（2）濾渣A的成分除MnO₂外，還有Fe（OH）₃和Al（OH）₃．
（3）MnO₂是制造堿性鋅錳電池的基本原料，放電時負(fù)極的電極反應(yīng)式為Zn-2e^-+2OH^-=Zn（OH）₂．工業(yè)上以石墨為電極電解酸化的MnSO₄溶液生產(chǎn)MnO₂，陽極的電極反應(yīng)式為Mn²⁺-2e^-+2H₂O=MnO₂+4H⁺，當(dāng)陰極產(chǎn)生4.48L（標(biāo)況）氣體時，MnO₂的理論產(chǎn)量為17.4g．
（4）錳的三種難溶化合物的溶度積：K_sp（MnCO₃）=1.8×10^-11，K_sp[Mn（OH）₂]=1.9×10^-13，K_sp（MnS）=2.0×10^-13，則上述三種難溶物的飽和溶液中，Mn²⁺濃度由大到小的順序是Mn（OH）₂＞MnCO₃＞MnS（填寫化學(xué)式）．

Answer 1

分析 （1）氧化錳與酸反應(yīng)生成金屬陽離子和水；MnO₂可將Fe²⁺氧化成Fe³⁺，F(xiàn)e³⁺完全沉淀的pH較Fe²⁺低．
（2）由題目信息可知，酸浸后的過濾液中含有Mn²⁺、Fe³⁺、Al³⁺、Cu²⁺、Zn²⁺、Fe²⁺，結(jié)合題中陽離子以氫氧化物形式完全沉淀時溶液的pH進(jìn)行判斷；
（3）堿性鋅錳電池負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)，Zn在負(fù)極放電生成Zn（OH）₂；以石墨為電極，電解酸化的MnSO₄溶液，陽極錳離子放電，若電路中通過0.2mol電子產(chǎn)生0.1molMnO₂，質(zhì)量為8.7g；
（4）依據(jù)溶度積常數(shù)的定義，分別利用所給數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，然后比較大小即可．

解答 解：（1）MnO與酸反應(yīng)生成錳離子和水，離子反應(yīng)方程式為：MnO+2H⁺=Mn²⁺+H₂O，MnO₂可將Fe²⁺氧化成Fe³⁺，F(xiàn)e³⁺完全沉淀的pH較Fe²⁺低；故答案為：MnO+2H⁺=Mn²⁺+H₂O；確保鐵元素在后續(xù)操作中完全轉(zhuǎn)化為氫氧化物沉淀而除去；
（2）酸浸后的過濾液中含有Mn²⁺、Fe³⁺、Al³⁺、Cu²⁺、Zn²⁺、Fe²⁺，加氨水調(diào)pH至5.4，結(jié)合題中陽離子以氫氧化物形式完全沉淀時溶液的pH可知，F(xiàn)e³⁺、Al³⁺完全轉(zhuǎn)化為Fe（OH）₃和Al（OH）₃沉淀，其它離子不沉淀，故濾渣B的主要成分為Fe（OH）₃和Al（OH）₃，故答案為：Fe（OH）₃和Al（OH）₃；
（3）堿性鋅錳電池負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)，Zn在負(fù)極放電生成Zn（OH）₂，電極反應(yīng)式為：Zn-2e^-+2OH^-=Zn（OH）₂；以石墨為電極，電解酸化的MnSO₄溶液，陽極錳離子放電，陽極反應(yīng)為Mn²⁺-2e^-+2H₂O=MnO₂+4H⁺，因?yàn)镸nSO₄～MnO₂～2e^-，陰極產(chǎn)生4.48L氣體，物質(zhì)的量為0.2mol，通過0.4mol電子產(chǎn)生0.2molMnO₂，其質(zhì)量為8.7×2=17.4g，故答案為：2H⁺+2e^-→H₂；17.4g，故答案為：Zn-2e^-+2OH^-=Zn（OH）₂；Mn²⁺-2e^-+2H₂O=MnO₂+4H⁺；17.4g；
（4）MnCO₃溶液中存在沉淀溶解平衡：MnCO₃（s）?Mn²⁺（aq）+CO₃^2-（aq），故K_sp（MnCO₃）=c（Mn²⁺）×c（CO₃^2-）=1.8×10^-11，故c（Mn²⁺）=$\sqrt{1.8×1{0}^{-11}}$≈4×10^-6；同理：Mn（OH）₂中，設(shè)c（Mn²⁺）=x，則c（OH^-）=2x，故$\root{3}{\frac{1.9×1{0}^{-13}}{4}}$≈3×10^-5；MnS溶液中，$\sqrt{2.0×1{0}^{-13}}$≈4×10^-7；故大小順序?yàn)椋篗n（OH）₂＞MnCO₃＞MnS，故答案為：Mn（OH）₂；MnCO₃；MnS．

點(diǎn)評 本題主要考查的是學(xué)生對元素及其化合物的主要性質(zhì)的掌握、書寫電極反應(yīng)方程式、閱讀題目獲取新信息能力、對工藝流程的理解等，難度中等，需要學(xué)生具備扎實(shí)的基礎(chǔ)與綜合運(yùn)用知識、信息分析解決問題能力．