Question

1．MnCO₃是信息产业和机电工业的重要基础功能材料，某地有含锰矿石（主要成分是MnO₂还含CaO、Al₂O₃、FeS等杂质），由此矿石生产MnCO₃的工艺流程如下：

物质	开始沉淀	沉淀完全
Fe（OH）3	2.7	3.7
Ca（OH）2	12	------
Al（OH）3	3.8	4.7

回答下列问题：
（1）操作Ⅰ为：过滤．
（2）取溶液Ⅰ加入KSCN溶液，溶液呈血红色，试写出酸溶过程中FeS发生反应的离子方程式：FeS+12H⁺+3MnO₂$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2Fe³⁺+2S↓+3Mn²⁺+6H₂O
（3）调节溶液pH所用物质X最好为C
A．NaOH溶液    B．氨水   C．MnCO₃固体    D．盐酸
（4）滤渣Ⅰ为Al（OH）₃、Fe（OH）₃，滤渣Ⅱ为CaF₂．
（5）沉锰的化学方程式为：MnSO₄+2NaHCO₃=MnCO₃↓+Na₂SO₄+H₂O+CO₂↑．
（6）MnCO₃也是制造锂离子电池的重要原料，在此电池的正极，充放电过程中发生LiMn₂O₄与Li_1-xMn₂O₄之间的转化，写出该电池充电时正极发生的反应式：LiMn₂O₄-xe^-=Li_1-xMn₂O₄+xLi⁺．

Answer 1

分析 锰矿石的主要成分是MnO₂还含CaO、Al₂O₃、FeS等杂质，加入稀硫酸高温酸溶，二氧化锰将氯化亚铁氧化成硫单质、铁离子，同时氧化钙和氧化铝与稀硫酸反应，通过操作Ⅰ过滤得到S沉淀和含有锰离子、铁离子、钙离子和铝离子的滤液Ⅰ；通过调节滤液Ⅰ的pH，将铝离子、铁离子转化成Al（OH）₃、Fe（OH）₃，过滤后分离出Al（OH）₃、Fe（OH）₃，滤液Ⅱ中含有钙离子和锰离子，加入NaF后将钙离子转化成CaF₂沉淀，过滤后得到滤渣Ⅱ（CaF₂沉淀）和滤液Ⅲ（主要含有硫酸锰），再加入碳酸氢钠，发生反应：MnSO₄+2NaHCO₃=MnCO₃↓+Na₂SO₄+H₂O+CO₂↑，从而获得MnCO₃，
（1）操作Ⅰ得到的是S单质的沉淀，据此判断分离方法；
（2）溶液Ⅰ加入KSCN溶液呈现红色，说明有铁离子存在，据此写出在酸溶过程中FeS发生反应的离子方程式；
（3）除杂时由于不能引进杂质，则调节溶液的pH所用的物质最好为MnCO₃； 
（4）根据表中数据分析可得到当pH=6的时候，铁离子和铝离子会完全沉淀，据此可知滤渣成分；滤液中还会含有钙离子，加入NaF后转化成CaF₂沉淀；
（5）沉锰是利用碳酸氢钠与硫酸锰反应生成碳酸锰沉淀，据此写出反应的化学方程式；
（6）MnCO₃也是制造锂离子电池的重要原料，在此电池充电过程中正极发生LiMn₂O₄失去电子写生成Li_1-xMn₂O₄，据此写出该电池充电时正极发生的反应式．

解答 解：锰矿石的主要成分是MnO₂还含CaO、Al₂O₃、FeS等杂质，加入稀硫酸高温酸溶，二氧化锰将氯化亚铁氧化成硫单质、铁离子，同时氧化钙和氧化铝与稀硫酸反应，通过操作Ⅰ过滤得到S沉淀和含有锰离子、铁离子、钙离子和铝离子的滤液Ⅰ；通过调节滤液Ⅰ的pH，将铝离子、铁离子转化成Al（OH）₃、Fe（OH）₃，过滤后分离出Al（OH）₃、Fe（OH）₃，滤液Ⅱ中含有钙离子和锰离子，加入NaF后将钙离子转化成CaF₂沉淀，过滤后得到滤渣Ⅱ（CaF₂沉淀）和滤液Ⅲ（主要含有硫酸锰），再加入碳酸氢钠，发生反应：MnSO₄+2NaHCO₃=MnCO₃↓+Na₂SO₄+H₂O+CO₂↑，从而获得MnCO₃，
（1）操作Ⅰ得到的是S单质的沉淀，该物质分离的方法为过滤，
故答案为：过滤；
（2）取溶液Ⅰ加入KSCN溶液，溶液呈现红色，说明有铁离子存在，所以在酸溶过程中FeS发生反应的离子方程式：FeS+12H⁺+3MnO₂$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2Fe³⁺+2S↓+3Mn²⁺+6H₂O，
故答案为：FeS+12H⁺+3MnO₂$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2Fe³⁺+2S↓+3Mn²⁺+6H₂O；
（3）由于不能引进杂质，则调节溶液的pH所用的物质X最好为MnCO₃固体，故C正确，
故答案为：C； 
（4）根据表中数据分析可得到当pH=6的时候，铁离子和铝离子会完全沉淀，因此滤渣为Al（OH）₃、Fe（OH）₃；
滤液中还会含有钙离子，则加入NaF后转化成CaF₂沉淀，
故答案为：Al（OH）₃、Fe（OH）₃；CaF₂；
（5）滤液Ⅲ中含有硫酸锰，硫酸锰与碳酸氢钠溶液反应生成碳酸锰沉淀、硫酸钠、二氧化碳和水，反应的化学方程式为：MnSO₄+2NaHCO₃=MnCO₃↓+Na₂SO₄+H₂O+CO₂↑，
故答案为：MnSO₄+2NaHCO₃=MnCO₃↓+Na₂SO₄+H₂O+CO₂↑；
（6）MnCO₃也是制造锂离子电池的重要原料，在此电池充电过程中正极发生LiMn₂O₄失去电子的氧化反应，该电池充电时正极发生的反应式为：LiMn₂O₄-xe^-=Li_1-xMn₂O₄+xLi⁺，
故答案为：LiMn₂O₄-xe^-=Li_1-xMn₂O₄+xLi⁺．

点评 本题考查了制备方案的设计，题目难度中等，根据制备流程明确实验目的、制备原理为解答关键，注意掌握化学实验基本操作方法，试题有利于提高学生的分析、理解能力及化学实验能力．