Question

（9分）某种碳酸锰矿的主要成分有MnCO₃、MnO₂、FeCO₃、MgO、SiO₂、Al₂O₃等。已知碳酸锰难溶于水。一种运用阴离子膜电解法的新技术可用于从碳酸锰矿中提取金属锰，流程如下：

阴离子膜法电解装置如下图所示：

（1）写出用稀硫酸溶解碳酸锰反应的离子方程式：                                     。

（2）已知Ksp (Fe(OH)₃) = 4 ´10^–38，假设溶液中Fe³⁺离子浓度为0．1 mol·L^–1，则开始生成Fe(OH)₃ 沉淀的pH是_________，沉淀完全的pH是_________。（可能用到的数据：lg= -0．1  lg=0．2）

（3）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+	A13+	Fe2+	Mn2+	Mg2+
开始沉淀的pH	1．2	3．7	7．0	7．8	9．3
沉淀完全的pH	3．7	4．7	9．6	9．8	10．8

 

加氨水调节溶液的pH等于6，则“滤渣（待处理）”的成分是            （写化学式），滤液中含有的阳离子有H⁺和           （写符号）。

（4）在浸出液里锰元素只以Mn²⁺的形式存在，且滤渣A中也无MnO₂，请用离子方程式解释原因：                                                                               。

（5）电解装置中箭头表示溶液中阴离子移动的方向，则A电极是直流电源的      极。实际生产中，阳极以稀硫酸为电解液，阳极的电极反应式为                                      。

（6）该工艺之所以采用阴离子交换膜，是为了防止Mn²⁺进入阳极区发生副反应生成MnO₂造成资源浪费，写出该副反应的电极反应式：                                              。

 

Answer 1

【答案】

（9分）

（1）MnCO₃＋2H⁺＝Mn²⁺＋CO₂↑＋H₂O

（2）1．9    3．2

（3）Al(OH)₃、Fe(OH)₃        Mn²⁺、Mg²⁺、NH₄⁺

（4）MnO₂+2Fe²⁺+4H⁺=Mn²⁺+2Fe³⁺+2H₂O

（5）负极    4OH^-－4e^-＝O₂↑＋2H₂O

（6）Mn²⁺－2e^-＋2H₂O＝MnO₂＋4H⁺

【解析】

试题分析：（1）硫酸为可溶性强电解质可拆，碳酸锰难溶于水，不可拆，所以反应的离子方程式：MnCO₃＋2H⁺＝Mn²⁺＋CO₂↑＋H₂O

（2）由Ksp (Fe(OH)₃) = 4 ´10^–38=c（Fe³⁺）c³（OH^-）可知：c³（OH^-）=4 ´10^–37，又因为c（H⁺）=Kw/ c³（OH^-），pH=- lg c（H⁺）。所以开始生成Fe(OH)₃ 沉淀的pH是1．9。残留在溶液中的离子浓度小于1×10^-5 mol•L^-1时就认为沉淀完全，同理可得沉淀完全的pH是3．2

（3）加氨水调节溶液的pH等于6，Fe³⁺ A1³⁺沉淀完全，则“滤渣（待处理）”的成分是Al(OH)₃、Fe(OH)₃，Fe²⁺被双氧水完全氧化成Fe³⁺，滤液中含有的阳离子有H⁺、Mn²⁺、Mg²⁺。

（4）MnO₂在酸性条件下被Fe²⁺还原成了Mn²⁺，所以在浸出液里锰元素只以Mn²⁺的形式存在，用离子方程式解释原因为MnO₂+2Fe²⁺+4H⁺=Mn²⁺+2Fe³⁺+2H₂O

（5）电解过程中溶液中阴离子向阳极移动，所以电解池中左边为阴极，与电池的负极相连，右边为阳极，与电池的正极相连。阳极失电子，阳极为惰性电极时，溶液的阴离子失电子。S^2->I^->Br^->Cl^->OH^->含氧酸根>F^-，所以阳极的电极反应式为4OH^-－4e^-＝O₂↑＋2H₂O。

（6）Mn²⁺进入阳极区会失电子生成MnO₂所以该副反应的电极反应式为Mn²⁺－2e^-＋2H₂O＝MnO₂＋4H⁺

考点：原电池和电解池原理