题目内容
【题目】工业上用菱锰矿(MnCO3)[含FeCO3、SiO2、 Cu2 (OH)2 CO3等杂质]为原料制取二氧化锰.其工艺流程示意图如下图所示:
已知生成氢氧化物沉淀的pH如下表所示:
Mn(OH)2 | Fe(OH)2 | Fe(OH)3 | Cu(OH)2 | |
开始沉淀时 | 8.3 | 6.3 | 2.7 | 4.7 |
完全沉淀时 | 9.8 | 8.3 | 3.7 | 6.7 |
注:金属离子的起始浓度均为0.1mol·L—1
请回答下列问题:
(1)含杂质的菱锰矿使用前需将其粉碎，主要目的是__________;盐酸溶解MnCO3的化学方程式是____________________________。
(2)向溶液1中加入双氧水时.发生反应的离子方程式是_________________。
(3)向滤液2中加入稍过量的难溶电解质MnS，以除去Cu2+，发生反应的离子方程式是_________________________。
(4)将MnCl2转化为MnO2的一种方法是氧化法。其具体做法是用酸化的NaClO3溶液将MnCl2氧化，请完成该反应的离子方程式:5Mn2++2ClO3—+____===____+_____+_____。
(5)将MnCl2转化为MnO2的另一种方法是电解法.
①生成MnO2的电极反应式是______________________。
②若在上述MnO2溶液中加入一定量的Mn(NO3 )2粉末.则无Cl2产生.其原因是______。
【答案】增大接触面积，提高反应速率和浸取率 MnCO3+2HCl=MnCl2+CO2↑+H2O 2Fe2++H2O2+4H2O=2Fe(OH)3↓+4H+ MnS+Cu2+=Mn2++CuS 4H2O Cl2↑ 5MnO2 8H+ Mn2+-2e-+2H2O=MnO2+4H+ 其它条件不变下，增大Mn2+浓度[或增大c（Mn2+）/c（Cl-）]，有利于Mn2+放电（不利于Cl-放电）
【解析】
用菱锰矿（MnCO3）［含FeCO3、SiO2、Cu2(OH) 2CO3等杂质］为原料制取二氧化锰，需要分离除杂，结合流程图分析各步所加试剂及反应。菱锰矿加稍过量盐酸二氧化硅不反应，滤渣1则为SiO2，加双氧水氧化Fe2+,调pH至4，沉淀Fe3+,加MnS固体沉淀Cu2+,最后得到MnO2,以此解题。
菱锰矿用盐酸酸浸，MnCO3、FeCO3、Cu2(OH)2CO3与盐酸反应，SiO2不与盐酸反应，过滤得到滤渣1为SiO2，滤液1中含有氯化镁、氯化亚铁、氯化铜及剩余的HCl，向滤液中加入生石灰，调节溶液pH=4，加入过氧化氢将溶液中Fe2+氧化为Fe3+，在pH=4时氧化得到Fe3+转化为Fe(OH)3沉淀，过滤除去，滤液2中加入MnS，将溶液中Cu2+氧化为CuS沉淀过滤除去，滤液3中为MnCl2，经系列转化得到MnO2，
（1）将菱锰矿粉碎，可以增大接触面积，提高反应速率和浸取率；碳酸镁与盐酸反应生成氯化镁、二氧化碳与水，反应方程式为：MnCO3+2HCl=MnCl2+CO2↑+H2O；
（2）加入过氧化氢将溶液中Fe2+氧化为Fe3+，在pH=4时氧化得到Fe3+转化为Fe(OH)3沉淀，根据电荷守恒有氢离子生成，反应离子方程式为：2Fe2++H2O2+4H2O=2Fe(OH)3↓+4H+；
（3）MnS与氯化铜反应转化更难溶的CuS，反应离子方程式为：MnS+Cu2+=Mn2++CuS；
（4）用酸化的NaClO3溶液将MnCl2氧化得到MnO2，Mn元素发生氧化反应，则Cl元素发生还原反应生成Cl2，由于在酸性条件下反应，根据电荷守恒可知，生成物中有H+生成，根据H元素守恒，可知反应物中缺项物质为H2O，配平后离子方程式为：5Mn2++2ClO3-+4H2O=Cl2↑+5MnO2+8H+；
（5）①由题意可知，Mn2+转化为MnO2，发生氧化反应，由O元素守恒可知有水参加反应，由电荷守恒可知应有H+生成，电极反应式为：Mn2+-2e-+2H2O=MnO2+4H+；
②Mn2+、Cl-都在阳极放电，二者为竞争关系，增大Mn2+浓度[或增大c（Mn2+）/c（Cl-）]，有利于Mn2+放电（不利于Cl-放电）。
