Question

锰及其化合物在生产、生活中有许多用途。在实验室中模拟工业利用软锰矿( 主要成分为MnO₂，含少量SiO₂、Fe₂O₃ 和Al₂O₃ 等)制备金属锰等物质,设计流程如下:

己知:Mn²⁺有较强的还原性,在空气中能被氧气氧化,碳酸锰在空气中高温加热固体产物为Mn₂O₃；部分氢氧化物的Ksp(近似值)如下表。

物质	Mn(OH)2	Fe(OH)2	Fe(OH)3	Al(OH)3
Ksp	10^-13	10^-17	10^-39	10^-33

(1)“酸浸”前需将软锰矿粉碎的目的是_____________；酸浸过程MnO₂ 发生反应的离子方程式为_________________。

(2)向滤液I中需先加A物质,再加B物质,若加入的物质均为非金属化合物的溶液,则A 为(填物质的名称)_________，B为(填物质的名称)________。滤渣II的成分是_______(填物质的化学式)。

(3)“酸浸”需适宜的酸浓度、液固比、酸浸温度等,其中浸取率随酸浸时间的变化如图所示:

当浸取时间超过4 h时,锰浸取率反而减小,其原因是______________。

(4)测得滤液I 中c(Mn²⁺)=0.1mo/L,则加入B调节溶液pH范围为______。(已知:当某种离子浓度小于1×10^-5mo/L时,可认为其沉淀完全。结果保留两位小数)

(5)“沉锰”过程中加入氨水的目的是(从化学平衡移动的角度解释)______________。

(6)写出由MnCO₃为原料制备金属锰的过程中所涉及的化学方程式:____________。

Answer

增大反应物接触面积，加快反应速率，提高原料利用率 MnO2+2Fe2++4H+ Mn2++2Fe3++2H2O 双氧水(或过氧化氢) 氨水 Fe(OH)3、 Al(OH)3 Mn2+被空气中的氧气氧化，从而使浸取率降低 4.67≤pH＜8.00（或 4.67＜pH＜8.00） Mn2++HCO3－MnCO3+H+，氨水消耗了 H+， 促进反应平衡正向移动，有利于MnCO3的生成 4MnCO3+ O22Mn2O3 + 4CO2 Mn2O3+2Al Al2O3 + 2Mn

【解析】考查化学工艺流程，（1）粉碎的目的是增大反应物的接触面积，加快反应速率，提高原料的利用率；根据流程，酸浸加入FeSO4，Fe2＋具有还原性，MnO2具有强氧化性，因此发生的反应的有MnO2＋2Fe2＋＋4H＋Mn2＋＋2Fe3＋＋2H2O；（2）根据流程图，酸浸加入FeSO4是过量，以及物质的Ksp，因此先把Fe2＋氧化成Fe3＋，因此A和B均为非金属化合物的溶液，因此A为H2O2，名称为过氧化氢，然后调节pH，让Al3＋、Fe3＋转化成沉淀，因此B为NH3·H2O，名称为氨水，滤渣II为Al(OH)3、Fe(OH)3；（3）根据信息，Mn2＋具有较强的还原性，在空气中能被氧气氧化，因此超过4小时后，锰的浸取率减小的原因是Mn2＋被空气中氧气氧化，从而使浸取率降低；（4）Fe3＋全部沉淀时的溶液中c(OH－)==10－11.3mol·L－1，则c(H＋)=10－2.7mol·L－1，即pH=2.7，Al3＋全部转化成沉淀时，溶液中c(OH－)==10－9.33mol·L－1，则c(H＋)=10－4.67mol·L－1，即pH=4.67，Mn2＋开始出现沉淀时，c(OH－)==10－6mol·L－1，则pH=8.0，因此加入NH3·H2O调节pH的范围是4.67≤pH＜8.00（或 4.67＜pH＜8.00）；（5）根据流程图，沉锰中Mn2＋转化成MnCO3，因此发生的反应是Mn2＋＋HCO3－MnCO3＋H＋，加入氨水，消耗H＋，平衡向正反应方向生成，有利于MnCO3生成；（6）根据信息，MnCO3在空气中高温加热固体产物为Mn2O3，化学反应方程式为4MnCO3＋O22Mn2O3＋4CO2，得到金属锰，常用Al作还原剂，发生的反应是Mn2O3+2Al Al2O3 + 2Mn。