题目内容

【题目】碳酸锰(MnCO3)是制造电信器材的软磁铁氧体,也用作脱硫的催化剂,瓷釉、涂料和清漆的颜料。工业上利用软锰矿(主要成分是MnO2,还含有Fe2O3、CaCO3、CuO等杂质)制取碳酸锰的流程如下图所示:

已知:还原焙烧主反应为:2MnO2+C2MnO+CO2↑。

可能用到的数据如下:

氢氧化物

Fe(OH)3

Fe(OH)2

Cu(OH)2

Mn(OH)2

开始沉淀pH

1.5

6.5

4.2

8.3

沉淀完全pH

3.7

9.7

7.4

9.8

根据要求回答下列问题:

(1)步骤B中若采用质量分数为35%的硫酸(密度ρ=1.26 g/cm3),则其物质的量浓度为____

(2)步骤C中得到的滤渣主要成分是______________________________,步骤D中还原剂与氧化剂的物质的量之比为_____________________________

(3)步骤E中调节pH的范围为______________________________

(4)步骤G的离子方程式为_________________________________________,若Mn2+沉淀完全时测得溶液中CO32的浓度为2.2×106 mol/L,则Ksp(MnCO3)=___________

(5)实验室可以用Na2S2O8溶液来检验Mn2+是否完全发生反应,原理为:____Mn2+ +____ S2O82 + _____H2O = __________________________________,

①请完成上述离子方程式; _____________

②请描述Mn2+未完全反应时出现的现象__________

【答案】4.5 mol/L CaSO4Cu 2:1 大于3.7小于8.3 Mn2++2HCO3=MnCO3↓+CO2↑+H2O Ksp(MnCO3)=2.2×1011 2Mn2++5S2O82+8H2O=16H++10SO42+2MnO4 无色变紫红色

【解析】

软锰矿主要成分为MnO2,还含有CaCO3、Fe2O3、Al2O3等杂质,还原焙烧主反应为:2MnO2+C═2MnO+CO2↑,加入硫酸酸浸过滤后的溶液中加入二氧化锰氧化亚铁离子,加入10%的氢氧化钠溶液调节溶液PH4.5使铁离子全部沉淀,过滤后的滤液中加入Na2S沉淀重金属离子可以除去Pb2+、Al3+等离子,滤液中加入碳铵发生复分解反应生成碳酸锰,分离烘干得到成品。

(1)步骤B中若采用质量分数为35%的硫酸(密度ρ=1.26 g/cm3),则其物质的量浓度为=4.5 mol/L,故答案为:4.5 mol/L;

(2)步骤C中得到的滤渣是不溶于水的Cu和微溶的CaSO4,步骤D中加入MnO2氧化溶液中的Fe2+其中Mn+4价降为+2价,Fe+2价升高为+3价,Fe2+是还原剂,根据电子守恒,还原剂与氧化剂的物质的量之比为2:1,故答案为:CaSO4Cu;2:1;

(3)由图表可知为了使Fe3+转化为Fe(OH)3而除去,而不影响Mn2+步骤E中调节pH的范围为大于3.7小于8.3,故答案为:大于3.7小于8.3;

(4)在含有Mn2+的溶液中加入碳酸氢铵生成MnCO3沉淀,发生反应的离子方程式为Mn2++2HCO3=MnCO3↓+CO2↑+H2O,若Mn2+沉淀完全时其浓度为1×105mol/L,溶液中CO32的浓度为2.2×106 mol/L,则Ksp(MnCO3)=c(1×105mol/L)×c(2.2×106)=2.2×1011,故答案为:Mn2++2HCO3=MnCO3↓+CO2↑+H2O;Ksp(MnCO3)=2.2×1011

(5)实验室可以用Na2S2O8溶液来检验Mn2+是否完全发生反应,原理为:Mn2++S2O82+H2O=H++SO42+MnO4

①Mn2++S2O82+H2O=H++SO42+MnO4Mn+2价升高为+7价,S+7价降为+6价,根据电子守恒,Mn2+前系数为2,S2O82前系数为5,再结合电荷守恒和原子守恒得此反应的离子方程式2Mn2++5S2O82+8H2O=16H++10SO42+2MnO4,故答案为:2Mn2++5S2O82+8H2O=16H++10SO42+2MnO4

取少量试样于试管中,滴入Na2S2O8溶液,溶液不变为紫色,可确认Mn2+离子已经完全反应,故答案为:无色变紫红色。

练习册系列答案
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【题目】以硼镁矿(2MgO·B2O3·H2O、SiO2及少量Fe3O4、CaCO3、A12O3)为原料生产硼酸的工艺流程如下:

已知:表一:不同温度下H3BO3的溶解度

温度℃)

20

40

60

100

溶解度(g)

5.0

8.7

14.8

40.2

表二:不同物质沉淀完全时的pH

物质

Fe(OH)3

Al(OH)3

Fe(OH)2

Mg(OH)2

pH

3.2

5.2

9.7

12.4

(1)由于矿粉中含CaCO3,“浸取时容易产生大量泡沫使物料从反应器中溢出,应采取的措施为_________________________

(2)“浸出液显酸性,含有H3BO3、Mg2+SO42-,还含有Fe2+、Fe3+、Ca2+、Al3+等杂质。除杂时,向浸出液中依次加入适量H2O2MgO,可以除去的杂质离子为_______________________,H2O2的作用为_____________________(用离子方程式表示)。

(3)“浸取后,采用热过滤的目的为__________________________

(4)“母液可用于回收硫酸镁,已知硫酸镁的溶解度随温度变化的曲线如图所示,且溶液的沸点随压强增大而升高。为了从母液中充分回收MgSO4·H2O,应采取的措施是将母液蒸发浓缩,____________________________________

(5)己知25℃时,硼酸(H3BO3)溶液中存在如下平衡:H3BO3(aq)+H2O(1) [B(OH)4]-(aq)+H+(aq);K=5.7×10-10;25℃时,0.7mol·L-1硼酸溶液中c(H+)=__________mol·L-1

(6)已知25℃时:

化学式

H2CO3

CH3COOH

电离常数

K1=4.4×10-7

K2=4.7×10-11

K=1.75×10-5

下列说法正确的是________(填选项字母)。

a.碳酸钠溶液滴入硼酸溶液中能观察到有气泡产生

b.碳酸钠溶液滴入醋酸溶液中能观察到有气泡产生

c.等浓度碳酸溶液和硼酸溶液的pH:前者>后者

d.等浓度碳酸钠溶液和醋酸钠溶液的pH:前者>后者

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