Question

【题目】Mn3O4是一种高性能结构材料，可由含钙镁离子的硫酸锰浸出液为原料制备。其工艺流程如图所示：

请回答下列问题：

⑴四氧化三锰(Mn3O4)中锰元素的化合价有+2价和+3价，其化学式可改写为________(选项字母)。

A. MnO Mn2O3 B. 2MnO MnO2 C. Mn2O Mn2O3 D. MnO MnO2

⑵是P2O4密度小于水的无色液体，用P2O4萃取碘水中的碘，振荡、静置后的现象为________。

⑶写出由Mn(OH)2制备Mn3O4的化学方程式：________。

⑷通常认为残留在溶液中的离子浓度小于1×10-5 mol·L－1时，沉淀完全。若要除去Ca2+、Mg2+，则残留液中c(F－)应不小于_______ mol·L－1，=________[已知：Ksp(CaF2) = 2.7×10-11，Ksp(MgF2) =6.5×10-9，，；保留三位有效数字]。

⑸可由“水相”制备高纯度单质锰，装置如图所示：

①装置中采用________填“阴离子”或“阳离子”交换膜。

②写出该电解反应的化学方程式：________。

Answer 1

【答案】A 液体分层，上层为紫红色，下层为无色 6Mn(OH)2 + O2 = 2Mn3O4 + 6H2O 2.55×10-2 4.15×10-3 阴离子 2MnSO4 + 2H2O 2Mn + O2↑+ 2H2SO4

【解析】

⑴四氧化三锰(Mn3O4)中锰元素的化合价有+2价和+3价改写；

⑵P2O4密度比水小，若用P2O4萃取碘水中的碘，液体分层，上层为紫红色，下层为无色；

⑶Mn(OH)2和氧气中加热生成Mn3O4，根据得失电子守恒，元素守恒写出化学方程式；

⑷若要除去Ca2+、Mg2+，Ca2+、Mg2+离子浓度小于1×10-5 mol·L－1，且氟化镁的溶度积更大一些，则根据氟化镁的溶度积计算，残留液中c(F－)，根据进行计算；

⑸①Mn2+在电解池的阴极得电子生成单质锰，需要用阴离子交换膜；②Mn2+在电解池得阴极的电子生成单质锰，水中的氢氧根在阳极失电子生成氧气，再写出总反应方程式。

⑴四氧化三锰(Mn3O4)中锰元素的化合价有+2价和+3价，根据化合价改写为MnOMn2O3，因此A正确，故答案为：A。

⑵P2O4密度比水小，若用P2O4萃取碘水中的碘，振荡、静置后的现象为液体分层，则现象是上层为紫红色，下层为无色；故答案为：液体分层，上层为紫红色，下层为无色；

⑶Mn(OH)2在空气中加热生成Mn3O4，反应物是Mn(OH)2和氧气，根据得失电子守恒，元素守恒，化学方程式为6Mn(OH)2 + O2 = 2Mn3O4 + 6H2O；故答案为：6Mn(OH)2 + O2 = 2Mn3O4 + 6H2O；

⑷若要除去Ca2+、Mg2+，Ca2+、Mg2+离子浓度小于1×10-5 mol·L－1，且氟化镁的溶度积更大一些，则根据氟化镁的溶度积计算，所以，则残留液中c(F－)应不小于2.55×10-2 mol·L－1，；故答案为：2.55×10-2；4.15×10-3；

⑸①若想制备高纯度单质锰，则需要Mn2+在电解池的阴极的电子生成单质锰，需要用阴离子交换膜；故答案为：阴离子。

②Mn2+在电解池的阴极得电子生成单质锰，水中的氢氧根在阳极失电子生成氧气，所以该电解反应的化学方程式：2MnSO4 + 2H2O 2Mn + O2↑+ 2H2SO4；故答案为：2MnSO4 + 2H2O 2Mn + O2↑+ 2H2SO4。