Question

5．软锰矿（主要成份为MnO₂）可用于制备锰及其化合物，如图为现代冶炼软锰矿制化学纯MnO₂的工艺流程图．

（1）软锰矿还能在C₆H₁₂O₆和50%的H₂SO₄条件下还原浸出得到MnSO₄，写出该反应的离子方程式：12MnO₂+24H⁺+C₆H₁₂O₆=12Mn²⁺+6CO₂+18H₂O，同上述流程相比此法的优点是能耗低、操作更简便、转化率高．
（2）写出能提高氧化亚锰（MnO）浸出率的措施：适当升高反应体系温度，及适当增大H₂SO₄浓度．
（3）滤渣1和滤渣2分别为Fe（OH）₃、CuS（填化学式）．
（4）写出滤液2加入NH₄HCO₃晶体制碳酸锰的化学方程式MnSO₄+2NH₄HCO₃=MnCO₃+（NH₄）₂SO₄+CO₂↑+H₂O；写出由滤渣3制化学纯MnO₂的化学方程式2MnCO₃+O₂$\frac{\underline{\;450℃\;}}{\;}$MnO₂+2CO₂．
（5）已知，t℃时Ksp[Mn（OH）₂]=10^-12.7，Ksp（MnCO₃）=10^-10.2，若往MnSO₄溶液中加入（NH₄）₂CO₃溶液，还会产生Mn（OH）₂，可能的原因有：MnCO₃（s）+2OH^-（aq）?Mn（OH）₂（s）+CO${\;}_{3}^{2-}$（aq），t℃时，计算该反应的平衡常数K=10^2.5．（填数值）
（6）剩余的MnCO₃及低价氧化亚锰，经H₂SO₄溶出，氯酸钠重质化，再经洗涤，烘干也可制得化学纯MnO₂（过程中会有黄绿色气体放出），写出该反应的离子方程式5Mn²⁺+2ClO₃^-+4H₂O=5MnO₂+Cl₂+8H⁺．

Answer 1

分析 软锰矿（主要成份为MnO₂）与煤还原煅烧得到氧化亚锰，加入稀硫酸浸出得到硫酸锰溶液，溶液中还含有Fe³⁺、Cu²⁺等杂质，调节溶液的pH，将 Fe³⁺以Fe（OH）₃沉淀下来，向滤液中加入硫化钠，可以将铜离子形成硫化物沉淀下来，再加入碳酸氢铵晶体，得到碳酸锰，碳酸锰与氧气混合高温焙烧生成MnO₂，
（1）软锰矿与C₆H₁₂O₆和50%的H₂SO₄条件下生成MnSO₄，锰元素化合价降低，则碳元素化合价升高生成二氧化碳；该方法能耗低、操作更简便、转化率高；
（2）升高温度、适当增大酸的浓度可提高物质浸出率；
（3）根据分析滤渣1为Fe（OH）₃；滤渣2为CuS；
（4）滤液2主要成分为硫酸锰，加入NH₄HCO₃晶体生成碳酸锰、硫酸铵、二氧化碳和水；碳酸锰高温下被氧气氧化为二氧化锰；
（5）反应MnCO₃（s）+2OH^-（aq）?Mn（OH）₂（s）+CO₃^2-（aq），平衡常数K=$\frac{c（C{{O}_{3}}^{2-}）}{{c}^{2}（O{H}^{-}）}$=$\frac{c（C{{O}_{3}}^{2-}）}{{c}^{2}（O{H}^{-}）}$$•\frac{c（M{n}^{2+}）}{c（M{n}^{2+}）}$=$\frac{Ksp（MnC{O}_{3}）}{Ksp[Mn（OH）_{2}]}$，据此计算；
（6）锰离子在酸性条件下被氯酸根离子氧化为二氧化锰，氯酸根离子被还原为氯离子．

解答 解：（1）软锰矿与C₆H₁₂O₆和50%的H₂SO₄条件下生成MnSO₄，锰元素化合价降低，则碳元素化合价升高生成二氧化碳，反应为：12MnO₂+24H⁺+C₆H₁₂O₆=12Mn²⁺+6CO₂+18H₂O；该方法能耗低、操作更简便、转化率高；
故答案为：12MnO₂+24H⁺+C₆H₁₂O₆=12Mn²⁺+6CO₂+18H₂O；能耗低、操作更简便、转化率高；
（2）适当升高反应体系温度，及适当增大H₂SO₄浓度可提高氧化亚锰（MnO）浸出率；
故答案为：适当升高反应体系温度，及适当增大H₂SO₄浓度；
（3）浸出液含有Fe³⁺、Cu²⁺等杂质，调节溶液的pH，将 Fe³⁺以Fe（OH）₃沉淀下来，向滤液中加入硫化钠，可以将铜离子形成硫化物沉淀下来，故滤渣1为Fe（OH）₃；滤渣2为CuS；
故答案为：Fe（OH）₃；CuS；
（4）滤液2主要成分为硫酸锰，加入NH₄HCO₃晶体生成碳酸锰、硫酸铵、二氧化碳和水，反应为：MnSO₄+2NH₄HCO₃=MnCO₃+（NH₄）₂SO₄+CO₂↑+H₂O；碳酸锰高温下被氧气氧化为二氧化锰，反应为：2MnCO₃+O₂$\frac{\underline{\;450℃\;}}{\;}$MnO₂+2CO₂；
故答案为：MnSO₄+2NH₄HCO₃=MnCO₃+（NH₄）₂SO₄+CO₂↑+H₂O；2MnCO₃+O₂$\frac{\underline{\;450℃\;}}{\;}$MnO₂+2CO₂；
（5）已知，t℃时Ksp[Mn（OH）₂]=10^-12.7，Ksp（MnCO₃）=10^-10.2，反应MnCO₃（s）+2OH^-（aq）?Mn（OH）₂（s）+CO₃^2-（aq），平衡常数K=$\frac{c（C{{O}_{3}}^{2-}）}{{c}^{2}（O{H}^{-}）}$=$\frac{c（C{{O}_{3}}^{2-}）}{{c}^{2}（O{H}^{-}）}$$•\frac{c（M{n}^{2+}）}{c（M{n}^{2+}）}$=$\frac{Ksp（MnC{O}_{3}）}{Ksp[Mn（OH）_{2}]}$=$\frac{1{0}^{-10.2}}{1{0}^{-12.7}}$=10^2.5；
故答案为：10^2.5；
（6）锰离子在酸性条件下被氯酸根离子氧化为二氧化锰，氯酸根离子被还原为氯离子，离子方程式为：5Mn²⁺+2ClO₃^-+4H₂O=5MnO₂+Cl₂+8H⁺；
故答案为：5Mn²⁺+2ClO₃^-+4H₂O=5MnO₂+Cl₂+8H⁺．

点评 本题考查物质准备工艺流程，涉及物质分离和提纯和制备、难溶物的溶解平衡、离子方程式书写、氧化还原反应等知识点，侧重考查基本理论，难点是难溶物溶解平衡计算，题目难度中等．