题目内容

15．工业上用菱锰矿（MnCO3）[含FeCO3、SiO2、Cu2（OH） 2CO3等杂质]为原料制取二氧化锰，其流程示意图如下：

已知：生成氢氧化物沉淀的pH
Mn（OH）2Fe（OH）2Fe（OH）3Cu（OH）2
开始沉淀时8.36.32.74.7
完全沉淀时9.88.33.76.7
注：金属离子的起始浓度为0.1mol/L
回答下列问题：
（1）含杂质的菱锰矿使用前需将其粉碎，主要目的是增大接触面积，提高反应速率．盐酸溶解MnCO3的化学方程式是MnCO3+2HCl=MnCl2+CO2↑+H2O．
（2）向溶液1中加入双氧水时，反应的离子方程式是2Fe2++H2O2+4H2O=2Fe（OH）3↓+4H+．
（3）滤液2中加入稍过量的难溶电解质MnS，以除去Cu2+，反应的离子方程式是MnS+Cu2+=Mn2++CuS．
（4）将MnCl2转化为MnO2的一种方法是氧化法．其具体做法是用酸化的NaClO3溶液将MnCl2氧化，该反应的离子方程式为：□Mn2++□ClO3-+□4H2O=□Cl2↑+□5MnO2+□8H+．
（5）将MnCl2转化为MnO2的另一种方法是电解法．
①生成MnO2的电极反应式是Mn2+-2e-+2H2O=MnO2+4H+．
②若直接电解MnCl2溶液，生成MnO2的同时会产生少量Cl2．检验Cl2的操作是将润湿的淀粉碘化钾试纸置于阳极附近，若试纸变蓝则证明有Cl2生成．
③若在上述MnCl2溶液中加入一定量的Mn（NO3）2粉末，则无Cl2产生．其原因是其它条件不变下，增大Mn2+浓度，有利于Mn2+放电（不利于Cl-放电）．

分析 菱锰矿用盐酸酸浸，MnCO3、FeCO3、Cu2（OH）2CO3与盐酸反应，SiO2不与盐酸反应，过滤得到滤渣1为SiO2，滤液1中含有氯化镁、氯化亚铁、氯化铜及剩余的HCl，向滤液中加入生石灰，调节溶液pH=4，加入过氧化氢将溶液中Fe2+氧化为Fe3+，在PH=4时氧化得到Fe3+转化为Fe（OH）3沉淀，过滤除去，滤液2中加入MnS，将溶液中Cu2+转化为CuS沉淀过滤除去，滤液3中为MnCl2，系列转化得到MnO2．
（1）将菱锰矿粉碎，可以增大接触面积，提高反应速率；碳酸镁与盐酸反应生成氯化镁、二氧化碳与水；
（2）加入过氧化氢将溶液中Fe2+氧化为Fe3+，在PH=4时氧化得到Fe3+转化为Fe（OH）3沉淀，根据电荷守恒有氢离子生成；
（3）MnS与氯化铜反应转化更难溶的CuS，同时得到氯化镁；
（4）用酸化的NaClO3溶液将MnCl2氧化得到MnO2，Mn元素发生氧化反应，则Cl元素发生还原反应生成Cl2，由于在酸性条件下反应，根据电荷守恒可知，生成物中有H+生成，根据H元素守恒，可知反应物中缺项物质为H2O，结合电荷守恒、原子守恒配平；
（5）①由题意可知，Mn2+转化为MnO2，发生氧化反应，由O元素守恒可知有水参加反应，由电荷守恒可知应有H+生成；
②生成氯气发生氧化反应，在阳极产生，用润湿的淀粉碘化钾试纸检验；
③其它条件不变下，增大Mn2+浓度，有利于Mn2+放电．

解答 解：菱锰矿用盐酸酸浸，MnCO3、FeCO3、Cu2（OH）2CO3与盐酸反应，SiO2不与盐酸反应，过滤得到滤渣1为SiO2，滤液1中含有氯化镁、氯化亚铁、氯化铜及剩余的HCl，向滤液中加入生石灰，调节溶液pH=4，加入过氧化氢将溶液中Fe2+氧化为Fe3+，在PH=4时氧化得到Fe3+转化为Fe（OH）3沉淀，过滤除去，滤液2中加入MnS，将溶液中Cu2+转化为CuS沉淀过滤除去，滤液3中为MnCl2，系列转化得到MnO2，
（1）根据影响化学反应速率的因素，菱锰矿使用前需将其粉碎，主要目的是增大接触面积，提高反应速率；盐酸MnCO3反应生成氯化锰、CO2 和水，反应的化学方程式为MnCO3+2HCl=MnCl2+CO2↑+H2O，
故答案为：增大接触面积，提高反应速率；MnCO3+2HCl=MnCl2+CO2↑+H2O；
（2）双氧水具有氧化性，Fe2+具有还原性，加入双氧水将Fe2+氧化成Fe3+，在PH=4时得到Fe（OH）3 沉淀，反应的离子方程式为：2Fe2++H2O2+4H2O=2Fe（OH）3↓+4H+，
故答案为：2Fe2++H2O2+4H2O=2Fe（OH）3↓+4H+；
（3）硫化锰与氯化铜反应生成更难溶的CuS，同时得到氯化镁，离子方程式为：MnS+Cu2+=Mn2++CuS，
故答案为：MnS+Cu2+=Mn2++CuS；
（4）用酸化的NaClO3溶液将MnCl2氧化得到MnO2，Mn元素的化合价由+2价升高到+4价发生氧化反应，则Cl元素发生还原反应生成Cl2，然后配平的离子方程式为：5Mn2++2ClO3-+4H2O=Cl2↑+5MnO2+8H+，
故答案为：5；2；4H2O；Cl2↑；5MnO2；8H+；
（5）①电解法由MnCl2转化为MnO2，Mn元素失电子发生氧化反应，做电解池的阳极，电极反应为：Mn2+-2e-+2H2O=MnO2+4H+，
故答案为：Mn2+-2e-+2H2O=MnO2+4H+；
②检验氯气的操作是将润湿的淀粉碘化钾试纸置于阳极附近，若试纸变蓝则证明有Cl2生成，
故答案为：将润湿的淀粉碘化钾试纸置于阳极附近，若试纸变蓝则证明有Cl2生成；
③若其它条件不变，增大Mn2+浓度，有利于Mn2+放电，不利于Cl-放电，所以无氯气产生，
故答案为：其它条件不变下，增大Mn2+浓度，有利于Mn2+放电（不利于Cl-放电）．

点评 本题考查物质制备实验方案的设计，题目难度中等，明确实验原理是解题关键，注意掌握电解原理及制备方案设计的原则，试题知识点较多，充分考查了学生的分析能力及化学实验能力．

练习册系列答案
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9．原子序数为Z的主族元素R，在周期表中位于A、B、C、D四种主族元素的中间，A、B、C、D四种元素的原子序数之和为下列数据，其中不可能的是（　　）
C
A R B
D
A．4 ZB．4 Z+10C．4 Z+5D．4 Z+14
6．由短周期元素组成的化合物X是某抗酸药的有效成分．甲同学欲探究X的组成．
查阅资料：①由短周期元素组成的抗酸药的有效成分有碳酸氢钠、碳酸镁、氢氧化铝、硅酸镁铝、磷酸铝、碱式碳酸镁铝．②Al3+在pH=5.0时沉淀完全；Mg2+在pH=8.8时开始沉淀，在pH=11.4时沉淀完全．
实验过程：
Ⅰ．向化合物X粉末中加入过量盐酸，产生气体A，得到无色溶液．
Ⅱ．用铂丝蘸取少量I中所得的溶液，在火焰上灼烧，无黄色火焰．
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Ⅳ．向沉淀B中加过量NaOH溶液，沉淀全部溶解．
Ⅴ．向Ⅲ中得到的滤液中滴加NaOH溶液，调节pH至12，得到白色沉淀C．
（1）Ⅰ中气体A可使澄清石灰水变浑浊，A的化学式是CO2．
（2）由Ⅰ、Ⅱ判断X一定不含有的元素是磷、钠、硅．
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3．含硫化合物在生产生活中应用广泛，科学使用对人体健康及环境保持意义重大．
（1）红酒中添加一定量的SO2可以防止酒液氧化．这应用了SO2的还原性．
（2）某水体中硫元素主要以S2O32-形式存在．在酸性条件下，该离子会导致水体中亚硫酸的浓度增大，原因是在酸性条件下2H++S2O32-=SO2↓+S↓+H2O，SO2+H2O=H2SO3，导致溶液中酸性增强．
（3）实验室采用滴定法测定某水样中亚硫酸盐含量：

①滴定时，KIO3 和KI 作用析出I2，完成并配平下列离子方程式：
1IO${\;}_{3}^{-}$+5I-+6H+=3I2+3H2O
②反应①所得I2的作用是氧化亚硫酸根离子和硫代硫酸根离子．
③滴定终点时，100mL的水样共消耗xmL标准溶液．若消耗1mL标准溶液相当于SO32-的质量1g，则该水样中
SO32-的含量为104xmg/L．
（4）微生物燃烧电池是指在微生物的作用下将化学能转化为电能的装置．某微生物燃料电池的工作原理如图所示：

①HS-在硫氧化菌作用下转化为SO42-的反应式是HS-+4H2O-8e-=SO42-+9H+．
②若维持该微生物电池中两种细菌的存在，则电池可以持续供电，原因是两种细菌存在，就会循环把有机物氧化成CO2放出电子，使电池则可以持续供电．
10．向100mL0.4mol/L的氢氧化钡溶液中加入足量稀硫酸充分反应后，放出5.12kJ的热量．如果向100mL0.4mol/L的稀盐酸中加入足量氢氧化钡溶液充分反应后，放出2.2kJ的热量．则硫酸钠溶液与氯化钡溶液反应的热化学方程式（　　）
A．Ba2+（aq）+SO42-（aq）=BaSO4（s）△H=-2.92kJ/mol
B．Ba2+（aq）+SO42-（aq）=BaSO4（s）△H=-0.72kJ/mol
C．Ba2+（aq）+SO42-（aq）=BaSO4（s）△H=-18kJ/mol
D．Ba2+（aq）+SO42-（aq）=BaSO4（s）△H=-73kJ/mol
20．钛铁矿的主要成分为FeTiO3（可表示为FeO•TiO2），含有少量MgO、CaO、SiO2等杂质．利用钛铁矿制备锂离子电池电极材料（钛酸锂Li4Ti5O12和磷酸亚铁锂LiFePO4）的工业流程如图所示：

已知：FeTiO3与盐酸反应的离子方程式为：FeTiO3+4H++4Cl-=Fe2++TiOCl42-+2H2O
（1）化合物FeTiO3中铁元素的化合价是+2．
（2）滤渣A的成分是SiO2．
（3）滤液B中TiOCl42-转化生成TiO2的离子方程式是TiOCl42-+H2O=TiO2↓+2H++4Cl-．
（4）反应②中固体TiO2转化成（NH4）2Ti5O15溶液时，Ti元素的浸出率与反应温度的关系如图所示．反应温度过高时，Ti元素浸出率下降的原因是温度过高时，反应物氨水（或双氧水）受热易分解．

（5）（5）写出由滤液D生成FePO4的离子方程式2H3PO4+H2O2+2Fe2+═2FePO4↓+2H2O+4H+．
（6）由滤液D制备LiFePO4的过程中，所需  17%双氧水与H2C2O4的质量比是20：9．
（7）若采用钛酸锂（Li4Ti5O12）和磷酸亚铁锂（LiFePO4）作电极组成电池，其工作原理为：Li4Ti5O12+3LiFePO4?$\underset{{\;}_{L{i}_{7}T{i}_{5}{O}_{12}}^{\;\;\;\;\;\;充电}}{放电}$+3FePO4该电池充电时阳极反应式是LiFePO4-e-=FePO4+Li+．
7．NA表示阿伏加德罗常数的值，下列说法一定正确的是（　　）
A．标准状况下，2.24L氯气与足量的铁反应，转移电子数为0.2NA
B．标准状况下，2.24L NO2所含电子总数为3.9 NA
C．7.8gNa2S和Na2O2的混合物中含有的阴离子总数大于0.1 NA
D．常温常压下，将0.1mol氯气通入水中发生化学反应，转移电子数为0.1 NA
4．下列说法正确的是（　　）
A．煤是无机化合物，天然气和石油是有机化合物
B．利用化石燃料燃烧放出的热量使分解产生氢气，是氢能开发的研究方向
C．化学电源放电、植物光合作用都能发生化学变化，并伴随能量的转化
D．若化学过程中断开化学键放出的能量大于形成化学键所吸收的能量，则反应放热
5．如表实验操作正确且能达到预期目的是（　　）
实验目的操作
A欲证明CH2=CHCHO中含有碳碳双键滴入酸性KMnO4溶液
B欲除去苯中混有的苯酚向混合液中加入浓溴水，充分反应后，过滤
C证明SO2具有漂白性将SO2通入酸性KMnO4溶液中
D确定碳和硅两元素非金属性强弱测同温同浓度Na2CO3和Na2SiO3水溶液的pH
A．AB．BC．CD．D

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