题目内容
【题目】金属锰及其化合物在工农业生产和科研领域具有广泛的应用。
Ⅰ．溶液中的Mn2+可被酸性(NH4)2S2O8溶液氧化为 MnO4-，该方法可用于检验Mn2+。
(1)用酸性(NH4)2S2O8溶液检验Mn2+时的实验现象为________。
(2)该反应的离子方程式为________。
(3)(NH4)2S2O8可视为由两分子硫酸缩合所得，则H2S2O8的结构式为 ________。
Ⅱ．实验室用含锰废料(主要成分为MnO2，还含有少量Al2O3、MgO、SiO2)为原料制备Mn的工艺流程如下图所示。
难溶物 | Fe(OH)3 | Al(OH)3 | Mg(OH)2 | Mn(OH)2 |
溶度积常数 | 4.0×10-38 | 1.0×10-33 | 1.8×10-11 | 1.8×10-13 |
(4)“酸浸”时，MnO2将Fe氧化为Fe3+，该反应的离子方程式为___________；该过程中浸出时间和液固比对锰浸出率的影响分别如下图所示。
则适宜的浸出时间和液固比分别为____________、____________。
(5)若“酸浸”后所得滤液中c(Mn2+)=0.18molL-1，则应“调pH”的范围为_________。
(6)“煅烧”反应中氧化剂与还原剂的物质的量之比为________。“还原”时发生的置换反应在化学上又叫作__________。
【答案】溶液由无色变为紫红色 5S2O82-+2Mn2++8H2O= 2MnO4- +10SO42-+16H+ 
3MnO2+2Fe+12H+=3Mn2++2Fe3++6H2O 60min 3:1 14/3≤pH＜8 1:2 铝热反应
【解析】
Ⅰ．(1)用酸性(NH4)2S2O8溶液检验Mn2+时，Mn2+可被酸性(NH4)2S2O8溶液氧化为MnO4-，溶液中无色的Mn2+被氧化生成紫红色的MnO4-；(2)溶液中的Mn2+可被酸性(NH4)2S2O8溶液氧化为MnO4-，还原产物应为SO42-；(3)H2S2O8可视为由两分子硫酸缩合所得，若硫酸的结构简式为
，两个硫酸分子中每个分子去掉一个羟基中的H原子得到H2S2O8；
II．含锰废料主要成分为MnO2，还含有少量Al2O3、MgO、SiO2，将含锰废料中加入稀硫酸和Fe，SiO2不溶，得到的滤渣1中含有SiO2；MnO2在酸性介质中将Fe氧化为Fe3+，本身被还原为Mn2+，该反应的离子方程式为 3MnO2+2Fe+12H+=3Mn2++2Fe3++6H2O；Al2O3、MgO分别和稀硫酸生成硫酸铝、硫酸镁，过滤，调节滤液的pH，根据流程图知，溶液中Fe3+、Al3+被转化为沉淀，所以滤渣2为Fe(OH)3、Al(OH)3，向滤液中加入NaF，得到MgF2沉淀，所以滤渣3为MgF2，向滤液中加入碳酸氢铵，得到MnCO3沉淀，过滤后将碳酸锰沉淀灼烧得到MnO2，通过铝热反应得到Mn；据此分析解答。
Ⅰ．(1)用酸性(NH4)2S2O8溶液检验Mn2+时，Mn2+可被酸性(NH4)2S2O8溶液氧化为MnO4-，溶液中无色的Mn2+被氧化生成紫红色的MnO4-，所以看到的现象是溶液由无色变为紫红色，故答案为：溶液由无色变为紫红色；
(2)溶液中的Mn2+可被酸性(NH4)2S2O8溶液氧化为MnO4-，还原产物应为SO42-，离子方程式为5S2O82-+2Mn2++8H2O=2MnO4-+10SO42-+16H+，故答案为：5S2O82-+2Mn2++8H2O=2MnO4-+10SO42-+16H+；
(3)H2S2O8可视为由两分子硫酸缩合所得，硫酸的结构简式为
，两个硫酸分子中每个分子去掉一个羟基中的H原子得到H2S2O8，其结构式为
，故答案为：
；
II．(4)“酸浸”时，MnO2将Fe氧化为Fe3+，自身被还原为锰离子，离子方程式为3MnO2+2Fe+12H+=3Mn2++2Fe3++6H2O；根据图知，60min后锰的浸出率几乎不变；液固比为3时锰的浸出率最大，适宜的浸出时间和液固比分别为60min、3∶1，故答案为：3MnO2+2Fe+12H+=3Mn2++2Fe3++6H2O；60min；3∶1；
(5)由流程图中信息知，“调pH”的目的是使Fe3+和 A13+沉淀完全，而Mn2+不沉淀，根据Ksp[A1(OH)3]=1.0×10-33，Ksp[Fe(OH)3]=4.0×10-38可知，Al
=
，Mn2+开始沉淀时的pH为-lg
=8，所以溶液的pH范围为≤pH＜8，故答案为：≤pH＜8；
(6)煅烧时发生的反应为2MnCO3+O2
2MnO2+2CO2，碳酸锰为还原剂、氧气为氧化剂，氧化剂和还原剂物质的量比为1∶2；“还原”时发生铝粉与高熔点金属氧化物的反应，又称铝热反应，故答案为：1∶2；铝热反应。
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