Question

1．若用90g 碳酸锰矿（主要成分为MnCO₃、MnO₂、FeCO₃、MgO、SiO₂、Al₂O₃和杂质，其中杂质不参与反应）进行如图1操作，已知MnCO₃难溶于水，一种新型、环保的运用阴离子膜的电解新技术，可用于从碳酸锰矿中提取金属锰，

（1）已知浸出液中含有Fe²⁺、Fe³⁺、Mn²⁺，则试剂a可能是C（填字母）．试剂b与浸出液反应时不应引入新的杂质，则试剂b的名称为过氧化氢．
A．HClO    B．HCl    C．H₂SO₄    D．HNO₃
（2）在浸出液中锰元素只以Mn²⁺的形式存在，在滤渣中也无MnO₂，请解释原因：MnO₂在酸性条件下被Fe²⁺还原为Mn²⁺．
（3）已知不同金属生成氢氧化物沉淀所需的pH值如图2．通NH₃时调节溶液的pH=7，则滤渣的成分是Fe（OH）₃、Al（OH）₃；此时溶液中含有的阳离子为H⁺、NH₄⁺、Mg²⁺、Mn²⁺．
（4）如图3装置内箭头表示阴离子移动方向，则B极为正极，实际阳极以试剂a为电解液，该技术之所以采用阴离子交换膜，是因为防止Mn²⁺进入阳极发生副反应生成MnO₂，造成资源浪费．
（5）已知酒精的汽化热是n kJ/mol．反应：
2CO₂（g）+6H₂（g）→C₂H₅OH（g）+3H₂O（l）△H=-p kJ/mol
C₂H₅OH（l）+3O₂（g）→2CO₂（g）+3H₂O（l）△H=-qkJ/mol
据此写出电解时两气孔逸出气体反应的热化学方程式：2H₂（g）+O₂（g）=2H₂O（l）△H=-$\frac{p+q+n}{3}$ kJ/mol
（6）已知某种物质X（相对分子质量209），其最高价氧化物对应水化物类似于硝酸，且能将Mn²⁺完全氧化为MnO₄^-，而自身还原为+3价，若将制得的金属锰，先用过量硫酸氧化为Mn²⁺，则Mn²⁺与HXO₃反应的离子方程是为2Mn²⁺+5XO₃^-+14H⁺=2MnO₄^-+5X³⁺+7H₂O．
（7）若上述反应进行完全，并测得X³⁺的质量为283.15g，碳酸锰矿与实际a反应，生成的气体体积为13.44L（标况下测得），则碳酸锰在原矿中的质量分数是69.00%．

Answer 1

分析 用90g 碳酸锰矿（主要成分为MnCO₃、MnO₂、FeCO₃、MgO、SiO₂、Al₂O₃和杂质，其中杂质不参与反应）加入过量试剂a为硫酸，加入试剂b是氧化亚铁离子为铁离子，浸出液中二氧化锰被还原为锰离子，通NH₃时调节溶液的pH=7沉淀铁离子和铝离子，过滤得到滤液主要为镁离子、锰离子、氢离子和铵根离子，进一步精制除去铵根离子和镁离子，得到阴极电解液，得到金属锰；
（1）碳酸锰矿（主要成分为MnCO₃、MnO₂、FeCO₃、MgO、SiO₂、Al₂O₃和杂质，其中杂质不参与反应），盐酸中氯离子易被氧化剂氧化，所以选择硫酸酸溶，已知浸出液中含有Fe²⁺、Fe³⁺、Mn²⁺、Al³⁺，加入试剂b是氧化亚铁离子为铁离子，便于调节溶液PH除去；
（2）已知浸出液中含有Fe²⁺、Fe³⁺、Mn²⁺，亚铁离子具有还原性，二氧化锰酸性条件下具有氧化性；
（3）通NH₃时调节溶液的pH=7，铝离子和铁离子全部沉淀，锰离子、镁离子不沉淀；
（4）阴离子移向电解池的阳极，A为负极，B为正极，阴离子交换膜防止阳离子通过；
（5）电解时两气孔逸出气体为氢气和氧气，结合热化学方程式和盖斯定律计算得到氢气燃烧生成液态水的热化学方程式；
（6）已知某种物质X（相对分子质量209），其最高价氧化物对应水化物类似于硝酸，且能将Mn²⁺完全氧化为MnO₄^-，而自身还原为+3价，若将制得的金属锰，先用过量硫酸氧化为Mn²⁺，则Mn²⁺与HXO₃反应的离子方程依据电子守恒、原子守恒配平得到；
（7）若上述反应进行完全，并测得X³⁺的质量为283.15g，物质的量=$\frac{283.15g}{209g/mol}$=1.35mol，碳酸锰矿与试剂a反应，生成的气体体积为13.44L（标况下测得），气体为二氧化碳物质的量=$\frac{13.44L}{22.4L/mol}$=0.6mol，锰元素守恒，结合化学方程式计算得到，2Mn²⁺+5XO₃^-+14H⁺=2MnO₄^-+5X³⁺+7H₂O
MnCO₃物质的量为1.35mol×$\frac{2}{5}$=0.54mol，计算得到碳酸锰在原矿中的质量分数．

解答 解：用90g 碳酸锰矿（主要成分为MnCO₃、MnO₂、FeCO₃、MgO、SiO₂、Al₂O₃和杂质，其中杂质不参与反应）加入过量试剂a为硫酸，加入试剂b是氧化亚铁离子为铁离子，浸出液中二氧化锰被还原为锰离子，通NH₃时调节溶液的pH=7沉淀铁离子和铝离子，过滤得到滤液主要为镁离子、锰离子、氢离子和铵根离子，进一步精制除去铵根离子和镁离子，得到阴极电解液，得到金属锰；
（1）碳酸锰矿（主要成分为MnCO₃、MnO₂、FeCO₃、MgO、SiO₂、Al₂O₃和杂质，其中杂质不参与反应），盐酸中氯离子易被氧化剂氧化，所以选择硫酸酸溶，试剂a为硫酸；已知浸出液中含有Fe²⁺、Fe³⁺、Mn²⁺、Al³⁺，加入试剂b是氧化亚铁离子为铁离子，便于调节溶液PH除去，试剂b为过氧化氢（双氧水），
故答案为：C；过氧化氢（双氧水）；  
（2）二氧化锰酸性条件下具有氧化性，和亚铁离子酸性条件发生氧化还原反应，二氧化锰被还原为锰离子，
故答案为：MnO₂在酸性条件下被Fe²⁺还原为Mn²⁺；
（3）通过图象分析通NH₃时调节溶液的pH=7，铝离子和铁离子全部沉淀，锰离子、镁离子不沉淀，则滤渣的成分是Fe（OH）₃、Al（OH）₃，此时溶液中含有的阳离子H⁺、NH₄+、Mg²⁺、Mn²⁺，
故答案为：Fe（OH）₃、Al（OH）₃；H⁺、NH₄+、Mg²⁺、Mn²⁺；
（4）图3装置内箭头表示阴离子移动方向，电解池电解原理可知，阴离子移向阳极，则B极为正极，采用阴离子交换膜防止Mn²⁺进入阳极发生副反应生成MnO₂，造成资源浪费，
故答案为：正；防止Mn²⁺进入阳极发生副反应生成MnO₂，造成资源浪费；
（5）已知酒精的汽化热是n kJ/mol，
①C₂H₅OH（l）=C₂H₅OH（g）△H=nkJ/mol
②2CO₂（g）+6H₂（g）→C₂H₅OH（g）+3H₂O（l）△H=-p kJ/mol
③C₂H₅OH（l）+3O₂（g）→2CO₂（g）+3H₂O（l）△H=-qkJ/mol
电解时两气孔逸出气体反应为氢气和氧气发生的反应，依据盖斯定律计算（②+③-①）×$\frac{1}{3}$得到的热化学方程式为：
2H₂（g）+O₂（g）=2H₂O（l）△H=-$\frac{p+q+n}{3}$ kJ/mol，
故答案为：2H₂（g）+O₂（g）=2H₂O（l）△H=-$\frac{p+q+n}{3}$ kJ/mol；
（6）已知某种物质X（相对分子质量209），其最高价氧化物对应水化物类似于硝酸，则为HXO₃，X化合价为+5价，且能将Mn²⁺完全氧化为MnO₄^-，而自身还原为+3价，结合电子守恒、原子守恒、电荷守恒配平离子方程式为：2Mn²⁺+5XO₃^-+14H⁺=2MnO₄^-+5X³⁺+7H₂O，
故答案为：2Mn²⁺+5XO₃^-+14H⁺=2MnO₄^-+5X³⁺+7H₂O；
（7）若上述反应进行完全，并测得X³⁺的质量为283.15g，物质的量=$\frac{283.15g}{209g/mol}$=1.35mol，碳酸锰矿与试剂a反应，生成的气体体积为13.44L（标况下测得），气体为二氧化碳物质的量=$\frac{13.44L}{22.4L/mol}$=0.6mol，锰元素守恒，结合化学方程式计算得到，2Mn²⁺+5XO₃^-+14H⁺=2MnO₄^-+5X³⁺+7H₂O
锰元素物质的量全部看为MnCO₃物质的量，化学方程式计算为1.35mol×$\frac{2}{5}$=0.54mol，计算得到碳酸锰在原矿中的质量分数=$\frac{0.54mol×115g/mol}{90g}$×100%=69.00%，
故答案为：69.00%．

点评 本题考查了混合物质的分离提纯，热化学方程式书写，化学方程式计算应用，掌握基础是关键，题目难度较大．