Question

锰是一种银白色的脆性金属，强度不如铁，但把锰加到钢铁中，竟然能使钢铁的强度提高4~8倍，而且还提高了钢的耐磨性,所以锰钢在工农业生产及国防建设中有着广泛的用途。

用阴离子膜电解法的新技术从含有MnCO₃、MnO₂、FeCO₃、SiO₂、Al₂O₃等成分的锰矿石中提取金属锰，其工艺流程如下：

已知FeCO₃、MnCO₃难溶于水。

（1）设备1中反应后，滤液1里锰元素只以Mn²⁺的形式存在，且滤渣1中也无MnO₂。则滤渣1的主要成分是        （填化学式）。

（2）设备1中发生氧化还原反应的离子方程式是                    。

（3）设备2中加足量双氧水的作用是                             。

设计实验方案检验滤液2中是否存在Fe²⁺：                         。

（4）设备4中加入过量氢氧化钠溶液，沉淀部分溶解。用化学平衡移动原理解释原因：                  。

（5）设备3中用阴离子膜法提取金属锰的电解装置如图：

① 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，其电极反应式为                   。

② 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

（1）SiO2 （2）2Fe2++MnO2+4H+=2Fe3++Mn2++2H2O（3）将溶液里的Fe2+完全氧化为Fe3+ 取滤液2，加入硫氰化钾溶液，无现象，再滴加氯水后溶液变血红色，则有Fe2+，否则没有Fe2+（4）氢氧化铝在溶液里存在下列平衡：Al3++3OH-Al(OH)3H++H2O+AlO2-，加入NaOH溶液，H+被中和而浓度降低，平衡正移，Al(OH)3不断溶解（5）① 负 4OH- -4e-=2H2O＋O2↑②Mn2++H2O-2e-=MnO2+4H+

【解析】

试题分析：将碳酸锰矿粉溶于稀硫酸中，MnCO3、FeCO3、MgO、Al2O3都和稀硫酸反应生成硫酸盐，酸性条件下，MnO2被亚铁离子还原生成Mn2+，SiO2以沉淀析出，然后向浸出液中先加双氧水、再加氨水，
并调节溶液的pH到6，根据氢氧化物沉淀需要的pH表知，pH=6时Fe3+、Al3+完全转化为沉淀，溶液中存在 Mn2+、Mg2+、NH4+，则滤渣为Al(OH)3、Fe(OH)3，然后进一步精制，再利用阴离子交换膜电解，从而得到金属Mn；（1）据上述分析可知滤渣1为SiO2；（2）设备1中酸性条件下溶解MnO2是发生氧化还原反应的离子方程式是2Fe2++MnO2+4H+=2Fe3++Mn2++2H2O。（3）设备2中加足量双氧水的作用是将溶液里的Fe2+完全氧化为Fe3+。检验滤液2里是否存在Fe2+的方法是取滤液2，加入硫氰化钾溶液，无现象，再滴加氯水后溶液变血红色，则有Fe2+，否则没有Fe2+；（4）设备4中不溶固体为氢氧化铁和氢氧化铝，加入过量氢氧化钠溶液，氢氧化铝溶解。其原因是氢氧化铝在溶液里存在下列平衡：Al3++3OH-Al(OH)3H++H2O+AlO2-，加入NaOH溶液，H+被中和而浓度降低，平衡正移，Al(OH)3不断溶解。（5）① 电解池中阴离子向阳极移动，则A电极是直流电源的负极，阳极以稀硫酸为电解液，其电极反应式为4OH- -4e-=2H2O＋O2↑；② 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，此反应的电极反应式Mn2++H2O-2e-=MnO2+4H+。

【考点定位】无机流程，考查元素及其化合物的性质，涉及混合物的分离等实验基本操作及电解原理的应用。

【名师点晴】准确分析流程，是解题关键；将碳酸锰矿粉溶于稀硫酸中，MnCO3、FeCO3、MgO、Al2O3都和稀硫酸反应生成硫酸盐，酸性条件下，MnO2被亚铁离子还原生成Mn2+，SiO2以沉淀析出，然后向浸出液中先加双氧水、再加氨水，并调节溶液的pH到6，根据氢氧化物沉淀需要的pH表知，pH=6时Fe3+、Al3+完全转化为沉淀，溶液中存在 Mn2+、Mg2+、NH4+，则滤渣为Al(OH)3、Fe(OH)3，然后进一步精制，再利用阴离子交换膜电解；据此分析即可。