题目内容

10．软锰矿的主要成分为MnO2，还含有Fe2O3、MgO、Al2O3、CaO、SiO2等杂质，工业上用软锰矿制取MnSO4•H2O的流程如下：

已知：①部分金属阳离子完全沉淀时的pH如下表
金属阳离子Fe3+Al3+Mn2+Mg2+
完全沉淀时的pH值3.25.210.412.4
②温度高于27℃时，MnSO4晶体的溶解度随温度的升高而逐渐降低．
（1）“浸出”过程中MnO2转化为Mn2+的离子方程式为MnO2+SO2=SO42-+Mn2+；
（2）调pH至5-6的目的是沉淀Fe3+和Al3+，调pH至5-6所加的试剂可选择bc（填以下试剂的序号字母）；
a．NaOH   b．MgO    c．CaO   d．氨水
（3）第2步除杂，主要是将Ca2+、Mg2+转化为相应氟化物沉淀除去，写出MnF2除去Mg2+的离子反应方程式MnF2+Mg2+=Mn2++MgF2，该反应的平衡常数数值为7.2×107．
（已知：MnF2的KSP=5.3×10-3； CaF2的KSP=1.5×10-10；MgF2的KSP=7.4×10-11）
（4）取少量MnSO4•H2O溶于水，配成溶液，测其pH发现该溶液显酸性，原因是Mn2++H2O=Mn（OH）2+2H+（用离子方程式表示），该溶液中所有离子的浓度由大到小的顺序为c（SO42-）＞c（Mn2+）＞c（H+）＞c（OH-）．

分析 由流程可知，软锰矿的主要成分为MnO2，还含有Fe2O3、MgO、Al2O3、CaO等杂质，加硫酸溶解后，发生SO2+MnO2═MnSO4，调节pH，由氢氧化物的沉淀pH可知，铁离子、铝离子转化为沉淀，则滤渣I为Fe（OH）3、Al（OH）3，然后除去钙离子，结合表格数据可知CaF2的溶度积较小，且不引入新杂质加MnF2，最后蒸发浓缩、趁热过滤（防止低温MnSO4•H2O溶解而减少），以此来解答．
（1）根据FeSO4在反应条件下将MnO2还原为MnSO4，Fe2+被氧化为Fe3+；
（2）调节pH至5～6，由氢氧化物的沉淀pH可知，铁离子、铝离子转化为沉淀，则滤渣I为Fe（OH）3、Al（OH）3，除杂过程中不能引入新杂质；
（3）氟化锰是难溶物，书写离子方程式用化学式，反应方程式为：MnF2+Mg2+═Mn2++MgF2；K=$\frac{c（M{n}^{2+}）}{c（M{g}^{2+}）}$；
（4）MnSO4是强酸弱碱盐，水解呈酸性，方程式为：Mn2++H2O?Mn（OH）2+2H+；离子浓度大小为：不水解离子＞水解的离子＞显性的离子＞隐性的离子．

解答 解：由流程可知，软锰矿的主要成分为MnO2，还含有Fe2O3、MgO、Al2O3、CaO等杂质，加硫酸溶解后，发生SO2+MnO2═MnSO4，调节pH，由氢氧化物的沉淀pH可知，铁离子、铝离子转化为沉淀，则滤渣I为Fe（OH）3、Al（OH）3，然后除去钙离子，结合表格数据可知CaF2的溶度积较小，且不引入新杂质加MnF2，最后蒸发浓缩、趁热过滤（防止低温MnSO4•H2O溶解而减少），
（1）根据FeSO4在反应条件下将MnO2还原为MnSO4，Fe2+被氧化为Fe3+，故“浸出”过程中MnO2转化为Mn2+的离子方程式为SO2+MnO2═Mn2++SO42-，故答案为：SO2+MnO2═Mn2++SO42-；
（2）调节pH至5～6，由氢氧化物的沉淀pH可知，铁离子、铝离子转化为沉淀，则滤渣I为Fe（OH）3、Al（OH）3，除杂过程中不能引入新杂质，所以可加氧化钙和氧化镁调节溶液的PH，故答案为：Al（OH）3、Fe（OH）3；a、b；
（3）氟化锰是难溶物，书写离子方程式用化学式，反应方程式为：MnF2+Mg2+═Mn2++MgF2；K=$\frac{c（M{n}^{2+}）}{c（M{g}^{2+}）}$=$\frac{c（M{n}^{2+}）{c}^{2}（{F}^{-}）}{c（M{g}^{2+}）{c}^{2}（{F}^{-}）}$=7.2×107，
故答案为：MnF2+Mg2+═Mn2++MgF2；7.2×107；
（4）MnSO4是强酸弱碱盐，水解呈酸性，方程式为：Mn2++H2O?Mn（OH）2+2H+；离子浓度大小为：不水解离子＞水解的离子＞显性的离子＞隐性的离子，所以离子浓度大小为：c（SO42-）＞c（Mn2+）＞c（H+）＞c（OH-），
故答案为：Mn2++H2O?Mn（OH）2+2H+；c（SO42-）＞c（Mn2+）＞c（H+）＞c（OH-）．

点评 本题考查混合物分离提纯的综合应用，为高频考点，把握流程分析及混合物分离方法、发生的反应为解答的关键，侧重分析与实验能力的考查，题目难度中等．

练习册系列答案
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10．某ⅡA族元素是自然界存在最广泛的元素，常以化合物F存在，从其单质A起始发生的一系列化学反应如图所示．下列说法正确的是（　　）
A．反应①、③中H2O均是还原剂
B．D与H溶液反应后所得溶液的溶质成分有三种可能
C．工业上常用C的悬浊液与Cl2反应制取漂白粉
D．电解F与盐酸反应后的溶液以制取单质A
11．常温下，下列各组离子或分子在指定溶液中能大量共存的是（　　）
A．0.1mol•L-1 FeSO4溶液中：K+，NH4+，MnO4-，ClO-
B．澄清透明的溶液中：Fe3+，Mg2+，SO42-，Br-
C．c（H+）=$\sqrt{{K}_{W}}$的溶液中：K+，Al3+，Cl-，SO42-
D．使酚酞变红色的溶液：Na+，NH2CH2COOH，I-，Ba2+
8．如图每一方框中的字母代表一种反应物或生成物，它们都是中学化学中常见的物质．其中A，C都是由两种元素组成的固态化合物，常温下甲是短周期元素的气体单质，E是过渡元素的单质．

（1）若A是黄色固体，反应①用于工业生产，则A的化学式为FeS2，此时反应化学方程式为4FeS2+11O2$\frac{\underline{\;煅烧\;}}{\;}$2Fe2O3+8SO2．
（2）若A，C都是黑色固体，A经反应①生成C时，固体质量不变，则A的化学式为Cu2S．
（3）反应③在工业生产中的条件是铁触媒作催剂，500℃．
5．某研究性学习小组对过量炭粉与氧化铁反应的气体产物成分进行研究．
（1）提出假设  
①该反应的气体产物是CO2．
②该反应的气体产物是CO．
③该反应的气体产物是CO2、CO的混合物．
（2）设计方案  
如图所示，将一定量的氧化铁在隔绝空气的条件下与过量炭粉完全反应，测定参加反应的碳元素与氧元素的质量比．

（3）查阅资料
氮气不与碳、氧化铁发生反应．实验室可以用氯化铵饱和溶液和亚硝酸钠（NaNO2）饱和溶液混合加热反应制得氮气．请写出该反应的离子方程式：NH4++NO2-$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$N2↑+2H2O．
（4）实验步骤
①按图连接装置，并检查装置的气密性，称取3.20g氧化铁、2.00g碳粉混合均匀，放入48.48g的硬质玻璃管中；
②加热前，先通一段时间纯净干燥的氮气；
③停止通入N2后，夹紧弹簧夹，加热一段时间，澄清石灰水（足量）变浑浊；
④待反应结束，再缓缓通入一段时间的氮气．冷却至室温，称得硬质玻璃管和固体总质量为52.24g；
⑤过滤出石灰水中的沉淀，洗涤、烘干后称得质量为2.00g．
步骤②、④中都分别通入N2，其作用分别为步骤②中是为了排尽空气；步骤④是为了赶出所有的CO2，确保完全吸收．
（5）数据处理
试根据实验数据分析，写出该实验中氧化铁与碳发生反应的化学方程式：2C+Fe2O3$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2Fe+CO↑+CO2↑．
（6）实验优化  学习小组有同学认为应对实验装置进一步完善．
①甲同学认为：应将澄清石灰水换成Ba（OH）2溶液，其理由是Ba（OH）2溶解度大，浓度大，使CO2被吸收的更完全．
②从环境保护的角度，请你再提出一个优化方案将此实验装置进一步完善：在尾气出口处加一点燃的酒精灯或增加一尾气处理装置．
15．下列有关化学用语表示正确的是（　　）
A．H2F+的电子式：
B．铝原子的结构示意图：
C．质子数为35、中子数为45的溴原子：${\;}_{35}^{45}$Br
D．K2CO3水解的离子方程式：CO32-+2H2O?H2CO3+2OH-
2．下列化学反应对应的离子方程式书写正确的是（　　）
A．硫化钠水解：S2-+2H2O?H2S+2OH-
B．向Ba（OH）2溶液中滴加稀H2SO4：H++OH-═H2O
C．向CuCl2溶液中加入H2S溶液：Cu2++S2-═CuS↓
D．CaCO3溶于稀HCl：CaCO3+2H+═Ca2++CO2↑+H2O
19．化学与人类生产、生活密切相关，下列有关说法不正确的是（　　）
A．医用酒精是用淀粉类植物发酵经蒸馏制成，浓度通常是75%
B．向海水中加入净水剂明矾可以使海水淡化
C．福尔马林可浸制标本，利用了其使蛋白质变性的性质
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20．下列说法正确的是（　　）
A．乙烯通入酸性高锰酸钾溶液，发生取代反应
B．向试管中加入2mL5%硫酸铜溶液，再滴加几滴稀氢氧化钠溶液，混匀，立即加入2mL10%葡萄糖溶液，在酒精灯上加热至沸腾，可看到红色沉淀
C．用蒸馏法分离乙酸乙酯和饱和碳酸钠溶液
D．煤的干馏、煤的气化、石油裂化是化学变化，石油的分馏是物理变化

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