题目内容
【题目】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，流程如图1：阴离子膜法电解装置如图2所示：
(1)写出用稀硫酸溶解碳酸锰反应的离子方程式______．
(2)已知不同金属离子生成氢氧化物沉淀所需的pH如表：
离子 | Fe3+ | Al3+ | Fe2+ | Mn2+ | Mg2+ |
开始沉淀的pH | 2.7 | 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，则滤渣的成分是______，滤液中含有的阳离子有H+和______．
(3)在浸出液里锰元素只以Mn2+的形式存在，且滤渣中也无MnO2，请解释原因______．
(4)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______．
(5)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______．
【答案】MnCO3+2H+=Mn2++CO2↑＋H2O Al(OH)3、Fe(OH)3 Mn2+、Mg2+、NH4+ MnO2在酸性条件下被二价铁还原为Mn2+ 负 2H2O-4e－＝O2↑＋4H+ Mn2+-2e－＋2H2O＝MnO2＋4H+
【解析】
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，根据表中数据可知，pH=6时，Al3+、Fe3+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)碳酸锰和稀硫酸反应生成硫酸锰、二氧化碳和水，离子方程式为MnCO3+2H+=Mn2++CO2↑＋H2O；
(2)加入双氧水时将亚铁离子氧化为铁离子，根据氢氧化物沉淀需要的pH表知pH=6时，Al3+、Fe3+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；
(3)酸性条件下，MnO2被亚铁离子还原生成Mn2+，亚铁离子被氧化生成Fe3+，所以在浸出液里锰元素只以Mn2+的形式存在，且滤渣中也无MnO2；
(4)根据阴离子移动方向知，左边电极是阴极、右边电极是阳极，则连接阴极的电极A是电源负极，阳极上氢氧根离子放电生成氧气，电极反应式为2H2O-4e－＝O2↑＋4H+；
(5)锰离子不稳定，易被氧气氧化生成二氧化锰，所以阳极反应的副反应为Mn2+-2e－＋2H2O＝MnO2＋4H+。
【题目】二氧化锗(GeO2)可用于制备半导体材料，某实验小组以铁矾渣(主要成分为FeO、CaO、GeO和SiO2等)为原料制取二氧化锗的工艺流程如下所示。
已知：25℃时，部分金属阳离子转化为氢氧化物沉淀时的pH如下表所示。
离子 | Fe3+ | Mn2+ | Ge4+ |
开始沉淀时的pH | 2.3 | 8.3 | 8.2 |
沉淀完全时的pH | 4.1 | 9.8 | 11.2 |
请回答下列问题：
(1)由下图可知，“浸出”时，所用硫酸的最佳质量分数为________，浸渣的主要成分为________________(填化学式)。
(2)“氧化”时，可选用的试剂为________(填字母)。
A.KMnO4 B.NaOH C.H2O2 D.I2
(3)“氧化”时，若以适量稀硝酸作氧化剂，则Ge2+被氧化的离子方程式为________________。“氧化”后，选用K3[Fe(CN)6]溶液证明Fe2+已全部被氧化的实验现象为________________________________________________。
(4)“除铁”时，可选用Na2CO3为除铁剂，其原理为____________________________。
(5)已知Ge(OH)4，具有两性，在得到Ge(OH)4的过程中，若溶液的pH大于12，会导致Ge(OH)4溶解，写出该反应的离子方程式：________________________________。
(6)利用惰性电极电解酸性GeSO4溶液也可制得GeO2，则阳极的电极反应式为___________________。
【题目】某含镍(Ni)废催化剂中主要含有Ni，还含有Al、Al2O3、Fe及其它不溶于酸、碱的杂质。部分金属氢氧化物Ksp近似值如下表所示：
化学式 | Fe(OH)2 | Fe(OH)3 | Al(OH)3 | Ni(OH)2 |
Ksp近似值 | 10-17 | 10-39 | 10-34 | 10-15 |
现用含镍废催化剂制备NiSO47H2O晶体，其流程图如下：
回答下列问题：
(1)“碱浸”时发生反应的离子方程式为______。
(2)“酸浸”所使用的酸为______。
(3)“净化除杂”需加入H2O2溶液，其作用是______。然后调节pH使溶液中铁元素恰好完全沉淀，列式计算此时的pH。______
(4)“操作A”为______、过滤、洗涤、干燥，即得产品。
(5)NiSO4在强碱性溶液中可被NaClO氧化为NiOOH，该反应的离子方程式为______。
(6)NiOOH可作为镍氢电池的电极材料，该电池的工作原理如图所示，其放电时，正极的电极反应式为______。
【题目】菱锰矿的主要成分是MnCO3，还含有少量Fe、Al、Ca、Mg等元素。氯化铵焙烧菱锰矿制备高纯度碳酸锰的工艺流程如下：
已知：①相关金属离子［c0(Mn+)=0.1 mol/L］形成氢氧化物沉淀的pH范围如下：
金属离子 | Al3+ | Fe3+ | Fe2+ | Ca2+ | Mn2+ | Mg2+ |
开始沉淀的pH | 3.8 | 1.5 | 6.3 | 10.6 | 8.8 | 9.6 |
沉淀完全的pH | 5.2 | 2.8 | 8.3 | 12.6 | 10.8 | 11.6 |
②常温下，CaF2、MgF2的溶度积常数分别为1.46×10－10、 7.42×10－11
回答下列问题：
(1) “焙烧”时发生的主要反应的化学方程式为__________。气体X为________（填化学式），写出它生活中的一种用途_______________。
(2)焙烧时温度对锰浸出率的影响如图所示。焙烧时适应温度为_______________。
(3)浸出液“净化除杂”过程如下：首先用MnO2将Fe2+氧化为Fe3+，再调节溶液的pH将Al3+、Fe3+变成沉淀除去，溶液的pH的范围为____然后加入NH4F将Ca2+、Mg2+转化为CaF2、MgF2沉淀除去，两种沉淀共存时，溶液中
=________（所得结果保留两位小数）。
(4)碳化结晶的原理(用离子方程式表示)： ______________________。
(5)将制得的高纯度碳酸锰溶于过量稀硫酸后用惰性电极电解，在某极得到重要的无机功能材料MnO2，该电极的电极反应式为_________。
(6)在该工艺流程中可以循环使用的物质有__________。(填化学式)
【题目】锶有“金属味精”之称。以天青石（主要含有SrSO4和少量CaCO3、MgO杂质）生产氢氧化锶的工艺如下：
已知氢氧化锶在水中的溶解度：
温度（℃） | 0 | 10 | 20 | 30 | 40 | 60 | 80 | 90 | 100 |
溶解度（g/100mL） | 0.91 | 1.25 | 1.77 | 2.64 | 3.95 | 8.42 | 20.2 | 44.5 | 91.2 |
（1）隔绝空气焙烧时SrSO4只被还原成SrS，化学方程式为____。
（2）“除杂”方法：将溶液升温至95℃，加NaOH溶液调节pH为12。
①95℃时水的离子积KW＝1.0×10－12，Ksp[Mg(OH)2]＝1.2×10－10，则溶液中c（Mg2＋）＝____。
②若pH过大，将导致氢氧化锶的产率降低，请解释原因____。
（3）“趁热过滤”的目的是____，“滤渣”的主要成分为___。
（4）从趁热过滤后的滤液中得到Sr(OH)2产品的步骤为____、过滤、洗涤、干燥。
（5）“脱硫”方法：用FeCl3溶液吸收酸浸产生的气体，吸收时的氧化产物为___（填化学式）；再用石墨电极电解吸收液，电解后可在“脱硫”中循环利用的物质是__。