Question

2017 年我国承建全球首艘深海采矿船，具2500米深海作业能力，对未来深海矿产资源的开发具有重要战略价值。海洋深处有丰富的锰结核矿(主要成分为MnO₂，含少量Fe、Al 等杂质元素)，利用锰结核矿可以制备高纯碳酸锰，请回答下列有关问题:

（1）写出用MnO₂和浓盐酸制取氯气的化学方程式________________。

（2）MnO₂与过氧化氢的反应十分复杂。在酸性条件下，MnO₂可以被H₂O₂还原成Mn²⁺，但H₂O₂又有氧化性，有研究表明，H₂O₂溶液的氧化性是HO₂^-所致。其他条件相同时，研究不同初始pH条件下H₂O₂溶液的漂白效果，结果如图所示:

①写出MnO₂在酸性条件下与H₂O₂反应的离子方程式____________。

②由图可得到的结论是_________，结合平衡移动原理简述理由: __________。

（3）利用锰结核矿在实验室制备高纯碳酸锰的流程如下：

①可用SO₂代替植物粉，植物粉的作用是___________。

②使用碳酸锰调pH 的优势是___________。

③加入NH₄HCO₃时，温度要控制在35℃以下，其目的是___________。

（4）在废水处理中常用H₂S将Mn²⁺转化为MnS 除去，向含有0.020mo/LMn²⁺的废水中通入一定量的H₂S 气体，调节溶液的pH，当c(HS^-)=1.0×10^-4mol/L 时，Mn²⁺ 开始沉淀，则此时溶液的pH=______。[已知:Ksp(MnS)=1.4×10^-15；H₂S的电离常数K₁=1.3×10^-7，K₂=7.0×10^-15]

Answer

MnO2+4HCl(浓)= MnCl2+Cl2↑+2H2O MnO2+2H++H2O2=Mn2++2H2O+O2↑ 其他条件相同时，初始pH越大染料脱色率越高，即H2O2的漂白效果越好 pH增大，c(OH-)增大，促使H2O2===HO2-+H+正向移动，c(HO2-)增大，漂白效果越好 作还原剂 不引入新杂质 减少碳酸玺被分解，提高原料利用率 5

【解析】(1)MnO2和浓盐酸加热反应得到氯化锰、氯气和水，化学方程式MnO2+4HCl(浓)=MnCl2+Cl2↑+2H2O；正确答案：MnO2+4HCl(浓)=MnCl2+Cl2↑+2H2O。

(2)①根据题给信息可知MnO2在酸性条件下与H2O2反应，MnO2被还原为锰离子，H2O2被氧化为氧气，反应的离子方程式：MnO2+2H++H2O2=Mn2++2H2O+O2↑；正确答案：MnO2+2H++H2O2=Mn2++2H2O+O2↑。

②根据图像可知：其他条件相同时，初始pH越大染料脱色率越高，即H2O2的漂白效果越好；原因：pH增大，c(OH-)增大，促使H2O2HO2-+H+正向移动，c(HO2-)增大，漂白效果越好；正确答案：其他条件相同时，初始pH越大染料脱色率越高，即H2O2的漂白效果越好；pH增大，c(OH-)增大，促使H2O2HO2-+H+正向移动，c(HO2-)增大，漂白效果越好。

(3) ①根据流程可知，二氧化锰中+4价锰变为碳酸锰中+2价锰，发生还原反应，植物粉起到还原剂的作用，可用SO2代替植物粉，植物粉的作用是作还原剂，正确答案：作还原剂。

②碳酸锰不溶于水，能够与酸反应，调节溶液的pH，不引入新的杂质；正确答案：不引入新的杂质。

③NH4HCO3在温度较高时，易发生分解，因此在加入NH4HCO3时，温度要控制在35℃以下，减少碳酸氢铵的分解，提高原料利用率；正确答案：减少碳酸氢铵的分解，提高原料利用率。

(4) Mn2+开始沉淀时溶液中硫离子浓度是1.4×10−15÷0.020 mol·L−1＝7.0×10−14 mol/L，根据K2=7.0×10−15，可知溶液中氢离子浓度是，所以pH=5；正确答案：5。