题目内容
某种碳酸锰矿的主要成分有MnCO3、MnO2、FeCO3、MgO、SiO2、Al2O3等．已知碳酸锰难溶于水．一种运用阴离子膜电解法的新技术可用于从碳酸锰矿中提取金属锰，流程如下：
阴离子膜法电解装置如图所示：
（1）写出用稀硫酸溶解碳酸锰反应的离子方程式： ．
（2）已知Ksp （Fe（OH）3）=4×10-38，假设溶液中Fe3+离子浓度为0.1mol?L-1，则开始生成Fe（OH）3 沉淀的pH是 ，沉淀完全的pH是 ．（可能用到的数据：lg
=-0.1 lg
=0.2）
（3）已知不同金属离子生成氢氧化物沉淀所需的pH如下表：
加氨水调节溶液的pH等于6，则“滤渣（待处理）”的成分是 （写化学式），滤液中含有的阳离子有H+和 （写符号）．
（4）在浸出液里锰元素只以Mn2+的形式存在，且滤渣A中也无MnO2，请用离子方程式解释原因： ．
（5）电解装置中箭头表示溶液中阴离子移动的方向，则A电极是直流电源的 极．实际生产中，阳极以稀硫酸为电解液，阳极的电极反应式为 ．
（6）该工艺之所以采用阴离子交换膜，是为了防止Mn2+进入阳极区发生副反应生成MnO2造成资源浪费，写出该副反应的电极反应式： ．
阴离子膜法电解装置如图所示：
（1）写出用稀硫酸溶解碳酸锰反应的离子方程式：
（2）已知Ksp （Fe（OH）3）=4×10-38，假设溶液中Fe3+离子浓度为0.1mol?L-1，则开始生成Fe（OH）3 沉淀的pH是
| 3 | 0.4 |
| 3 | 4 |
（3）已知不同金属离子生成氢氧化物沉淀所需的pH如下表：
| 离子 | Fe3+ | A13+ | Fe2+ | Mn2+ | Mg2+ |
| 开始沉淀的pH | 1.2 | 3.7 | 7.0 | 7.8 | 9.3 |
| 沉淀完全的pH | 3.7 | 4.7 | 9.6 | 9.8 | 10.8 |
（4）在浸出液里锰元素只以Mn2+的形式存在，且滤渣A中也无MnO2，请用离子方程式解释原因：
（5）电解装置中箭头表示溶液中阴离子移动的方向，则A电极是直流电源的
（6）该工艺之所以采用阴离子交换膜，是为了防止Mn2+进入阳极区发生副反应生成MnO2造成资源浪费，写出该副反应的电极反应式：
考点：物质分离和提纯的方法和基本操作综合应用,电解原理,制备实验方案的设计
专题：实验设计题,电化学专题
分析：将碳酸锰矿粉溶于稀硫酸中，MnCO3、FeCO3、MgO、Al2O3都和稀硫酸反应生成硫酸盐，酸性条件下，MnO2被亚铁离子还原生成Mn2+，SiO2以沉淀析出，然后向浸出液中先加双氧水、再加氨水，并调节溶液的pH到6，根据氢氧化物沉淀需要的pH表知，pH=6时Fe3+、Al3+完全转化为沉淀，溶液中存在 Mn2+、Mg2+、NH4+，则滤渣为Al（OH）3、Fe（OH）3，然后进一步精制，再利用阴离子交换膜电解，从而得到金属Mn，
（1）碳酸锰和稀硫酸反应生成硫酸锰、二氧化碳和水；
（2）根据Ksp[Fe（OH）3]=c（Fe3+）?c3（OH-），铁离子的浓度是1×10-5mol/L，认为是完全沉淀，据此计算；
（3）根据氢氧化物沉淀需要的pH表知，pH=6时Fe3+、Al3+完全转化为沉淀，溶液中存在 Mn2+、Mg2+、NH4+；
（4）酸性条件下，MnO2被亚铁离子还原，亚铁离子被氧化生成Fe3+；
（5）电解时，电解溶液中阴离子向阳极移动，据此判断阴阳极，连接电解池阴极的电极是原电池负极；阳极上氢氧根离子放电生成氧气；
（6）锰离子不稳定，能被氧气氧化生成二氧化锰，据此书写电极反应式．
（1）碳酸锰和稀硫酸反应生成硫酸锰、二氧化碳和水；
（2）根据Ksp[Fe（OH）3]=c（Fe3+）?c3（OH-），铁离子的浓度是1×10-5mol/L，认为是完全沉淀，据此计算；
（3）根据氢氧化物沉淀需要的pH表知，pH=6时Fe3+、Al3+完全转化为沉淀，溶液中存在 Mn2+、Mg2+、NH4+；
（4）酸性条件下，MnO2被亚铁离子还原，亚铁离子被氧化生成Fe3+；
（5）电解时，电解溶液中阴离子向阳极移动，据此判断阴阳极，连接电解池阴极的电极是原电池负极；阳极上氢氧根离子放电生成氧气；
（6）锰离子不稳定，能被氧气氧化生成二氧化锰，据此书写电极反应式．
解答：
解：将碳酸锰矿粉溶于稀硫酸中，MnCO3、FeCO3、MgO、Al2O3都和稀硫酸反应生成硫酸盐，酸性条件下，MnO2被亚铁离子还原生成Mn2+，SiO2以沉淀析出，然后向浸出液中先加双氧水、再加氨水，并调节溶液的pH到6，根据氢氧化物沉淀需要的pH表知，pH=6时Fe3+、Al3+完全转化为沉淀，溶液中存在 Mn2+、Mg2+、NH4+，则滤渣为Al（OH）3、Fe（OH）3，然后进一步精制，再利用阴离子交换膜电解，从而得到金属Mn，
（1）碳酸锰和稀硫酸反应生成硫酸锰、二氧化碳和水，离子方程式为MnCO3+2H+=Mn2++CO2↑+H2O，故答案为：MnCO3+2H+=Mn2++CO2↑+H2O；
（2）Ksp[Fe（OH）3]=c（Fe3+）?c3（OH-），溶液中Fe3+离子浓度为0.1mol?L-1，则开始生成Fe（OH）3 沉淀时，c（OH-）=
=
=
=
×10-12，c（H+）=
，pH=1.9，当铁离子沉淀完全时，c（OH-）=
=
=
=
×10-11，c（H+）=
，pH=3.2，故答案为：1.9；3.2；
（3）加入双氧水时将亚铁离子氧化为铁离子，根据氢氧化物沉淀需要的pH表知，pH=6时Fe3+、Al3+完全转化为沉淀，溶液中存在 Mn2+、Mg2+、NH4+，所以滤渣的成分是Al（OH）3、Fe（OH）3，滤液中含有的阳离子有H+和Mn2+、Mg2+、NH4+，故答案为：Al（OH）3、Fe（OH）3；Mn2+、Mg2+、NH4+；
（4）酸性条件下，MnO2被亚铁离子还原，亚铁离子被氧化生成Fe3+，反应为：MnO2+2Fe2++4H+=Mn2++2Fe3++2H2O，故答案为：MnO2+2Fe2++4H+=Mn2++2Fe3++2H2O；
（5）根据阴离子移动方向知，左边电极是阴极、右边电极是阳极，则连接阴极的电极A是电源负极，阳极上氢氧根离子放电生成氧气，电极反应式为4OH--4e-=O2↑+2H2O，故答案为：负极；4OH--4e-=O2↑+2H2O；
（6）锰离子不稳定，易被氧气氧化生成二氧化锰，所以阳极反应的副反应为Mn2+-2e-+2H2O=MnO2+4H+，故答案为：Mn2+-2e-+2H2O=MnO2+4H+．
（1）碳酸锰和稀硫酸反应生成硫酸锰、二氧化碳和水，离子方程式为MnCO3+2H+=Mn2++CO2↑+H2O，故答案为：MnCO3+2H+=Mn2++CO2↑+H2O；
（2）Ksp[Fe（OH）3]=c（Fe3+）?c3（OH-），溶液中Fe3+离子浓度为0.1mol?L-1，则开始生成Fe（OH）3 沉淀时，c（OH-）=
| 3 |
| ||
| 3 |
| ||
=
| 3 | 0.4×10-36 |
| 3 | 0.4 |
| 10-2 | |||
|
| 3 |
| ||
| 3 |
| ||
| 3 | 4×10-33 |
| 3 | 4 |
| 10-3 | |||
|
（3）加入双氧水时将亚铁离子氧化为铁离子，根据氢氧化物沉淀需要的pH表知，pH=6时Fe3+、Al3+完全转化为沉淀，溶液中存在 Mn2+、Mg2+、NH4+，所以滤渣的成分是Al（OH）3、Fe（OH）3，滤液中含有的阳离子有H+和Mn2+、Mg2+、NH4+，故答案为：Al（OH）3、Fe（OH）3；Mn2+、Mg2+、NH4+；
（4）酸性条件下，MnO2被亚铁离子还原，亚铁离子被氧化生成Fe3+，反应为：MnO2+2Fe2++4H+=Mn2++2Fe3++2H2O，故答案为：MnO2+2Fe2++4H+=Mn2++2Fe3++2H2O；
（5）根据阴离子移动方向知，左边电极是阴极、右边电极是阳极，则连接阴极的电极A是电源负极，阳极上氢氧根离子放电生成氧气，电极反应式为4OH--4e-=O2↑+2H2O，故答案为：负极；4OH--4e-=O2↑+2H2O；
（6）锰离子不稳定，易被氧气氧化生成二氧化锰，所以阳极反应的副反应为Mn2+-2e-+2H2O=MnO2+4H+，故答案为：Mn2+-2e-+2H2O=MnO2+4H+．
点评：本题考查混合物的分离和提纯，侧重考查学生对知识的综合运用能力，涉及电解原理、氧化还原反应，知道流程图中各个步骤发生的反应、基本操作，题目难度较大．
练习册系列答案
新非凡教辅冲刺100分系列答案
相关题目
下列分子的VSEPR模型与分子立体结构模型一致的是（ ）
| A、NH3 |
| B、CCl4 |
| C、H2O |
| D、PCl3 |