Question

（9分）某种碳酸锰矿的主要成分有MnCO₃、MnO₂、FeCO₃、MgO、SiO₂、Al₂O₃等。已知碳酸锰难溶于水。一种运用阴离子膜电解法的新技术可用于从碳酸锰矿中提取金属锰，流程如下：

阴离子膜法电解装置如下图所示：

（1）写出用稀硫酸溶解碳酸锰反应的离子方程式：                                     。

（2）已知Ksp (Fe(OH)₃) = 4 ´10^–38，假设溶液中Fe³⁺离子浓度为0．1 mol·L^–1，则开始生成Fe(OH)₃ 沉淀的pH是_________，沉淀完全的pH是_________。（可能用到的数据：lg= -0．1  lg=0．2）

（3）已知不同金属离子生成氢氧化物沉淀所需的pH如下表：

离子	Fe^3+	A1^3+	Fe^2+	Mn^2+	Mg^2+
开始沉淀的pH	1．2	3．7	7．0	7．8	9．3
沉淀完全的pH	3．7	4．7	9．6	9．8	10．8

加氨水调节溶液的pH等于6，则“滤渣（待处理）”的成分是            （写化学式），滤液中含有的阳离子有H⁺和           （写符号）。

（4）在浸出液里锰元素只以Mn²⁺的形式存在，且滤渣A中也无MnO₂，请用离子方程式解释原因：                                                                               。

（5）电解装置中箭头表示溶液中阴离子移动的方向，则A电极是直流电源的      极。实际生产中，阳极以稀硫酸为电解液，阳极的电极反应式为                                      。

（6）该工艺之所以采用阴离子交换膜，是为了防止Mn²⁺进入阳极区发生副反应生成MnO₂造成资源浪费，写出该副反应的电极反应式：                                              。

Answer

（9分）

（1）MnCO3＋2H+＝Mn2+＋CO2↑＋H2O

（2）1．9    3．2

（3）Al(OH)3、Fe(OH)3        Mn2+、Mg2+、NH4+

（4）MnO2+2Fe2++4H+=Mn2++2Fe3++2H2O

（5）负极    4OH-－4e-＝O2↑＋2H2O

（6）Mn2+－2e-＋2H2O＝MnO2＋4H+

【解析】

试题分析：（1）硫酸为可溶性强电解质可拆，碳酸锰难溶于水，不可拆，所以反应的离子方程式：MnCO3＋2H+＝Mn2+＋CO2↑＋H2O

（2）由Ksp (Fe(OH)3) = 4 ´10–38=c（Fe3+）c3（OH-）可知：c3（OH-）=4 ´10–37，又因为c（H+）=Kw/ c3（OH-），pH=- lg c（H+）。所以开始生成Fe(OH)3 沉淀的pH是1．9。残留在溶液中的离子浓度小于1×10-5 mol•L-1时就认为沉淀完全，同理可得沉淀完全的pH是3．2

（3）加氨水调节溶液的pH等于6，Fe3+ A13+沉淀完全，则“滤渣（待处理）”的成分是Al(OH)3、Fe(OH)3，Fe2+被双氧水完全氧化成Fe3+，滤液中含有的阳离子有H+、Mn2+、Mg2+。

（4）MnO2在酸性条件下被Fe2+还原成了Mn2+，所以在浸出液里锰元素只以Mn2+的形式存在，用离子方程式解释原因为MnO2+2Fe2++4H+=Mn2++2Fe3++2H2O

（5）电解过程中溶液中阴离子向阳极移动，所以电解池中左边为阴极，与电池的负极相连，右边为阳极，与电池的正极相连。阳极失电子，阳极为惰性电极时，溶液的阴离子失电子。S2->I->Br->Cl->OH->含氧酸根>F-，所以阳极的电极反应式为4OH-－4e-＝O2↑＋2H2O。

（6）Mn2+进入阳极区会失电子生成MnO2所以该副反应的电极反应式为Mn2+－2e-＋2H2O＝MnO2＋4H+

考点：原电池和电解池原理