Question

【题目】软锰矿的主要成分为MnO2，还含有MgO、CaO、FeO、Fe2O3、Al2O3等杂质，工业上用软锰矿制取MnSO4·H2O的流程如下：

已知：① 几种常见金属离子形成氢氧化物沉淀时的pH值如下表：

氢氧化物	Fe(OH)2	Fe(OH)3	Al(OH)3	Mn(OH)2	Mg(OH)2
开始沉淀pH	7.0	2.7	3.7	8.1	9.6
完全沉淀pH	9.2	3.2	5.2	10.2	11

② 温度高于27℃时，MnSO4的溶解度随温度的升高而逐渐降低。

（1）已知：25℃、101kpa时，

Mn(s)＋O2(g)＝MnO2(s) △ H＝－520 kJ/mol

S(s)＋O2(g)＝SO2(g) △ H＝－297 kJ/mol

Mn(s)＋S(s)＋2O2(g)＝MnSO4(aq) △ H＝－1065 kJ/mol

“浸出”过程中MnO2转化为MnSO4的热化学方程式为___________________________。

（2） “第1步除杂”是为了除去浸出液中的Fe3+、Fe2+、Al3+，加入H2O2溶液的目的是（用离子方程式表示）____________________________________________，需要调节的pH的范围是_________________；所加的试剂X是_________ (填以下物质序号)。

A、MnO2 B、MnCO3 C、KMnO4 D、NaOH。

请用平衡移动原理分析，加入X能使除去浸出液中Fe3+的原因是：_______________。

（3）根据下表数据，选择“第2步除杂”所加的物质Y（由一种阳离子和一种阴离子组成），物质Y的化学式____________。

阴离子 Ksp 阳离子	CO32－	F－	OH－
Ca2+	5.0×10－9	1.5×10－10	4.7×10－6
Mg2+	3.8×10－6	7.4×10－11	5.6×10－12
Mn2+	2.2×10－11	5.3×10－3	2.1×10－13

（4）采用“系列操作”中需要“趁热过滤”，其目的是_______________________________。

（5）以MnSO4溶液为原料，采用电解的方法可制备高纯度的MnO2，则电解池阳极的电极反应方程式为___________________________________________________________。

Answer 1

【答案】MnO2(s)＋SO2(g) == MnSO4(aq) △H= —248kJ/mol-1将2Fe2++H2O2+2H+==2Fe3++2H2O5.2＜pH≤8.1B (MnCO3)溶液中在在下列平衡：Fe3+ + 3H2O Fe(OH)3 + 3H+，加入MnCO3后，H+与MnCO3反应，使溶液中c(H+)减小，水解平衡向生成Fe(OH)3的方向移动，从而产生沉淀MnF2防止温度下降时MnSO4·H2O溶解，导致产率降低Mn2+ - 2e- +2H2O＝MnO2 + 4H+

【解析】

（1）由盖斯定律可知MnO2转化为MnSO4的热化学方程式的焓变△H=（－1065 kJ/mol+520 kJ/mol+297 kJ/mol）=—248kJ/mol-1，故答案为：MnO2(s)＋SO2(g) == MnSO4(aq) △H= —248kJ/mol-1；（2）由表中数据可知当Fe2+完全沉淀时，Mn2+已开始沉淀，为了除去杂质又不影响Mn2+，故需将Fe2+氧化；Al3+完全沉淀时所需要pH为5.2，Mn2+开始沉淀的pH为8.1，则需调整pH为5.2~8.1之间，为了不带入新的杂质，同时MnCO3又能与H+反应，使可逆反应：Fe3++3H2OFe(OH)3+3H+平衡正向移动，达到除去Fe3+的作用，故答案为：2Fe2++H2O2+2H+==2Fe3++2H2O；5.2＜pH≤8.1；B ；溶液中在在下列平衡：Fe3+ + 3H2O Fe(OH)3 + 3H+，加入MnCO3后，H+与MnCO3反应，使溶液中c(H+)减小，水解平衡向生成Fe(OH)3的方向移动，从而产生沉淀；（3）从表中数据可知MnF2的溶度积远大于CaF2和MgF2，则加入MnF2能够将Ca2+和Mg2+沉淀完全，故答案为：MnF2；（4）温度高于27℃时，MnSO4的溶解度随温度的升高而逐渐降低，为避免原料的损失，则应趁热过滤，故答案为：防止温度下降时MnSO4·H2O溶解，导致产率降低；（5）电解的阳极发生氧化反应，Mn2+被氧化为MnO2，故答案为：Mn2+ - 2e- +2H2O＝MnO2 + 4H+。