Question

6．被称为红帘石的铁矿含锰量高，锰是冶炼锰钢的重要原料．红帘石主要成分有磁铁矿（Fe₃O₄）、菱铁矿（FeCO₃）、锰矿（MnO₂和MnCO₃）、石棉[Mg₃Si₃O₇（OH）₄]等．工业上将红帘石处理后，运用阴离子膜电解法的新技术提取金属锰并制得高效水处理剂（K₂FeO₄）．工业流程如下：

（1）工业上为提高稀硫酸浸取效率一般采取的措施是（任意写两种方法）
①粉碎红帘石②提高反应的温度．
（2）浸出液中的阳离子有H⁺、Fe²⁺、Fe³⁺、Mg²⁺、Mn²⁺．（填离子符号）
（3）滤渣A中无MnO₂原因MnO₂在酸性条件下被二价铁还原为Mn²⁺．
（4）已知不同金属离子生成氢氧化物沉淀所需的pH如下表：

离子	Fe3+	Fe2+	Mn2+	Mg2+
开始沉淀的pH	2.7	7.0	7.8	9.3
完全沉淀的pH	3.7	9.6	9.8	10.8

过程②中加氨水调节溶液的pH等于6，则滤渣B的成分Fe（OH）₃．
（5）电解装置如图所示，则溶液中阴离子移动的方向为A→B（填“A→B”或“B→A”）．实际生产中，阳极以稀硫酸为电解液，阳极的电极反应式为2H₂O-4e^-=O₂↑+4H⁺．
（6）滤渣B经反应④生成高效水处理剂的离子方程式2Fe（OH）₃+3ClO^-+4OH^-=2FeO₄^2-+3Cl^-+5H₂O．K₂FeO₄被誉为高效水处理剂的原因是FeO₄^2-具有强氧化性可以杀菌消毒，还原成Fe³⁺水解成Fe（OH）₃胶体能吸附杂质生成沉淀．

Answer 1

分析 红帘石主要成分有磁铁矿（Fe₃O₄）、菱铁矿（FeCO₃）、锰矿（MnO₂和MnCO₃）、石棉[Mg₃Si₃O₇（OH）₄]等和稀硫酸反应，MnO₂在酸性条件下被二价铁还原为Mn²⁺，浸出液中的离子有：Fe²⁺、Fe³⁺、Mg²⁺、Mn²⁺、SO₄^2-，滤渣A为SiO₂，滤液中加入双氧水，双氧水氧化亚铁离子生成铁离子，再加入氨水生成氢氧化铁沉淀，滤渣B为氢氧化铁，加入氢氧化钾、次氯酸钾反应2Fe（OH）₃+3ClO^-+4OH^-=2FeO₄^2-+3Cl^-+5H₂O生成K₂FeO₄，滤液为Mg²⁺、Mn²⁺、SO₄^2-，电解生成金属锰．
（1）增大接触面积、提高温度可以提高反应速率，所以粉碎红帘石、提高反应的温度可以提高稀硫酸浸取效率；
（2）红帘石主要成分和稀硫酸反应，MnO₂在酸性条件下被二价铁还原为Mn²⁺，浸出液中的离子有：Fe²⁺、Fe³⁺、Mg²⁺、Mn²⁺、SO₄^2-；
（3）二氧化锰中+4价的锰具有氧化性，亚铁离子具有还原性，两者发生氧化还原反应；
（4）过程②中加氨水调节溶液的pH等于6，完全沉淀时其pH＜6的氢氧化物都能完全沉淀；
（5）电解阳极失去电子发生氧化反应，阴极得到电子发生还原反应，阳极以稀硫酸为电解液，阳极水电离出的氢氧根离子失去电子；
（6）次氯酸根离子具有氧化性，在碱性条件下氧化+3铁生成+6价铁，K₂FeO₄被誉为高效水处理剂的原因+6价铁具有氧化性能杀菌，生成的+3价铁水解生成氢氧化铁胶体吸附悬浮物净水．

解答 解：（1）增大接触面积可提高反应的速率，温度越高，反应速率越快，所以工业上为提高稀硫酸浸取效率一般采取的措施有：提高反应温度、采用粉碎红帘石可增大接触面积等，
故答案为：①粉碎红帘石；②提高反应的温度；
（2）红帘石主要成分有磁铁矿（Fe₃O₄）、菱铁矿（FeCO₃）、锰矿（MnO₂和MnCO₃）、石棉[Mg₃Si₃O₇（OH）₄]等，加入硫酸：Fe₃O₄+4H₂SO₄=FeSO₄+Fe₂（SO₄）₃+4H₂O、FeCO₃+H₂SO₄=FeSO₄+CO₂↑+H₂O，MnCO₃+H₂SO₄=MnSO₄+CO₂↑+H₂O，2Fe²⁺+MnO₂+4H⁺═2Fe³⁺+Mn²⁺+2H₂O，滤渣A为SiO₂，浸出液中的阳离子有H⁺、Fe²⁺、Fe³⁺、Mg²⁺、Mn²⁺，
故答案为：H⁺、Fe²⁺、Fe³⁺、Mg²⁺、Mn²⁺；
（3）滤渣A中无MnO₂原因MnO₂在酸性条件下被二价铁还原为Mn²⁺，反应为：2Fe²⁺+MnO₂+4H⁺═2Fe³⁺+Mn²⁺+2H₂O，
故答案为：MnO₂在酸性条件下被二价铁还原为Mn²⁺；
（4）过程②中加氨水调节溶液的pH等于6，完全沉淀时其pH＜6的氢氧化物都能完全沉淀，根据表中数据知，Fe（OH）₃，完全沉淀时需要的pH=3.7＜6，所以滤渣的成分是Fe（OH）₃，
故答案为：Fe（OH）₃；
（5）图示电解时原电池电子流向为A→B，则A为原电池的负极，A连接的电极为电解池的阴极，电解时阴离子移向阳极，则溶液中阴离子移动的方向为A→B，实际生产中，阳极以稀硫酸为电解液，阳极发生氧化反应，反应为：2H₂O-4e^-=O₂↑+4H⁺，
故答案为：A→B；2H₂O-4e^-=O₂↑+4H⁺；
（6）次氯酸根离子具有氧化性，在碱性条件下氧化+3铁，反应为：2Fe（OH）₃+3ClO^-+4OH^-=2FeO₄^2-+3Cl^-+5H₂O，K₂FeO₄被誉为高效水处理剂的原因+6价铁具有氧化性能杀菌，生成的+3价铁水解Fe³⁺可水解水解的方程式为Fe³⁺+3H₂O?Fe（OH）₃（胶体）+3H⁺，生成具有吸附性的Fe（OH）₃胶体，吸附杂质生成沉淀，
故答案为：2Fe（OH）₃+3ClO^-+4OH^-=2FeO₄^2-+3Cl^-+5H₂O；FeO₄^2-具有强氧化性可以杀菌消毒，还原成Fe³⁺水解成Fe（OH）₃胶体能吸附杂质生成沉淀．

点评 本题考查了提取金属锰并制得高效水处理剂（K₂FeO₄）工艺流程，侧重考查物质分离和提纯方法的综合应用，要从整体上分析各个步骤发生的反应、反应原理等知识点，题目难度中等．