题目内容
3．Mn3O4应用广泛，常用于制作软磁体、石墨烯电极及锂离子电池电极等材料．以碳酸锰矿（主要成分为MnCO3，还含有铁（+2价）、镍（+2价）、钴（+2价）等碳酸盐杂质）为原料生产Mn3O4的工艺流程如下（如图1）：
请回答下列问题：
（1）MnS、CoS、NiS三种难溶物中，溶解度最大的是MnS．
（2）步骤Ⅱ中，加入MnO2主要目的是在酸性条件下将Fe2+离子氧化为Fe3+．
（3）步骤Ⅳ中不加入氨水也可得到碳酸锰，不加入氨水时反应的化学方程式是MnSO4+2NH4HCO3═MnCO3↓+（NH4）2SO4+CO2↑+H2O．
（4）25℃、c（Mn2+）=1.05mol/L时，MnCO3的产率与溶液pH、反应时间的关系如图2所示．根据图中信息得出的结论是pH等于7.0时反应速率最快，且MnCO3的产率最高（或pH越大得到的MnCO3的产率越高，所需要的时间越短，且在pH=7时，有更好的效果）；
（5）焙烧高纯度的MnCO3（s）可得Mn3O4（s）．
已知：25℃、101kpa时，
3Mn（s）+2O2（g）=Mn3O4（s）△H=-1380kJ/mol
C（s）+O2（g）=CO2（g）△H=-394kJ/mol
2Mn（s）+2C（s）+3O2（g）=2MnCO3（s）△H=-1790kJ/mol
则MnCO3（s）生成Mn3O4（s）的热化学方程式是6MnCO3（s）+O2（g）=2Mn3O4（s）+6CO2（g）△H=+246kJ/mol．
（6）Mn3O4可制备锂离子电池正极材料LiMn2O4．某锂离子电池的电池反应是：
Li1+y-xMn2O4+LixC6=Li1+y Mn2O4+C6，负极的电极反应式是LixC6-xe-=C6+xLi+，正极的电极反应式是Li1+y-xMn2O4+xLi++xe-=Li1+yMn2O4．
（6）现用100t质量分数为34.5%的碳酸锰矿经过上述流程，若步骤Ⅰ中浸出率为90%，步骤Ⅱ中加入MnO2引入的锰元素相当于2610kg MnO2，步骤Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ中锰元素的总利用率为90%，可得到Mn3O420610kg．（提示：MnCO3、MnO2、Mn3O4）的摩尔质量分别为115、87、229g/mol）
分析 向碳酸锰矿（主要成分为MnCO3，还含有铁（+2价）、镍（+2价）、钴（+2价）等碳酸盐杂质）中加入硫酸，这些碳酸盐和稀硫酸反应生成硫酸盐，向溶液中加入二氧化锰、氨水并调节溶液的pH，可以将亚铁离子氧化为铁离子，调节pH可以将氢氧化铁沉淀下来，向滤液A中加入硫化铵，可以将镍离子、钴离子形成硫化物沉淀下来，过滤后得到硫酸锰溶液，向滤液中加入碳酸氢铵、氨水，得到碳酸锰沉淀和滤液B，煅烧碳酸锰固体得到Mn3O4，
（1）根据III到IV的反应确定MnS、CoS、NiS三种难溶物中溶解度最大的物质；
（2）MnO2具有氧化性，能氧化还原性的铁离子；
（3）步骤Ⅳ中不加入氨水也可得到碳酸锰，不加入氨水时碳酸氢铵和硫酸锰反应生成碳酸锰沉淀；
（4）根据时间、溶液的pH与碳酸锰产率关系分析解答；
（5）根据盖斯定律计算反应热；
（6）电池反应式减去负极反应式即得正极反应式；
（7）根据Mn元素守恒计算Mn3O4的质量．
解答 解：向碳酸锰矿（主要成分为MnCO3，还含有铁（+2价）、镍（+2价）、钴（+2价）等碳酸盐杂质）中加入硫酸，这些碳酸盐和稀硫酸反应生成硫酸盐，向溶液中加入二氧化锰、氨水并调节溶液的pH，可以将亚铁离子氧化为铁离子，调节pH可以将氢氧化铁沉淀下来，向滤液A中加入硫化铵，可以将镍离子、钴离子形成硫化物沉淀下来，过滤后得到硫酸锰溶液，向滤液中加入碳酸氢铵、氨水，得到碳酸锰沉淀和滤液B，煅烧碳酸锰固体得到Mn3O4，
（1）根据III到IV的反应确定MnS、CoS、NiS三种难溶物中溶解度最大的物质是MnS，故答案为：MnS；
（2）MnO2具有氧化性，能氧化还原性的铁离子，调节溶液的pH从而将铁元素除去，故答案为：在酸性条件下将Fe2+离子氧化为Fe3+；
（3）步骤Ⅳ中不加入氨水也可得到碳酸锰，不加入氨水时碳酸氢铵和硫酸锰反应生成碳酸锰沉淀，反应方程式为MnSO4+2NH4HCO3═MnCO3↓+（ NH4）2SO4+CO2↑+H2O，故答案为：MnSO4+2NH4HCO3═MnCO3↓+（ NH4）2SO4+CO2↑+H2O；
（4）根据图知pH等于7.0时反应速率最快，且MnCO3的产率最高（或pH越大得到的MnCO3的产率越高，所需要的时间越短，且在pH=7时，有更好的效果），
故答案为：pH等于7.0时反应速率最快，且MnCO3的产率最高（或pH越大得到的MnCO3的产率越高，所需要的时间越短，且在pH=7时，有更好的效果）；
（5）①3Mn（s）+2O2（g）=Mn3O4（s）△H=-1380kJ/mol
②C（s）+O2（g）=CO2（g）△H=-394kJ/mol
③2Mn（s）+2C（s）+3O2（g）=2MnCO3（s）△H=-1790kJ/mol
将方程式2①+6②-3③6MnCO3（s）+O2（g）=2Mn3O4（s）+6CO2（g）△H=2（-1380kJ/mol
）+6（-394kJ/mol）-3（-1790kJ/mol）=+246kJ/mol，
故答案为：6MnCO3（s）+O2（g）=2Mn3O4（s）+6CO2（g）△H=+246kJ/mol；
（6）电池反应式减去负极反应式即得正极反应式为Li1+y-xMn2O4+xLi++xe-=Li1+y Mn2O4，故答案为：Li1+y-xMn2O4+xLi++xe-=Li1+y Mn2O4；
（7）设Mn3O4的质量为xkg，根据Mn元素守恒得（1×10000kg×34.5%×$\frac{55}{115}$×90%+2610kg×$\frac{55}{87}$）×90%=xkg×$\frac{165}{229}$，x=20610，
故答案为：20610．
点评 本题考查物质分离和提纯，为高频考点，涉及氧化还原反应、基本操作、盖斯定律、原电池原理、质量分数有关计算等知识点，综合性较强，明确基本化学原理及基本操作、基本计算是解本题关键，熟悉流程图中基本操作方法及发生的反应，题目难度中等．
| A． | 水的电离是一个吸热过程，温度升高，水的离子积KW也增大 | |
| B． | 当pH减少2个单位时，溶液中c（H+）增大20倍 | |
| C． | pH=2.0的酸溶液，稀释10倍时，pH为3 | |
| D． | 溶液稀释时，c（H+）减少，pH增大 |
将0.1mol的镁、铝混合物溶于100mL2mol/LH2SO4溶液中，然后再滴加1mol/LNaOH溶液．若在滴加NaOH溶液的过程中，沉淀质量m随加入NaOH溶液的体积V变化如图所示．当V2=460mL时，则原混合物中镁铝的质量比是（ ）| A． | 1：1 | B． | 2：3 | C． | 16：27 | D． | 8：9 |
a、b、c、d是四种原子序数依次增大的短周期元素．a原子的电子层数为n，核内质子数是2n2-1，最外层电子数为2n+l；b、d同主族，能形成两种中学常见的化合物；c与b组成的化合物是一种两性氧化物，工业上通过电解该化合物可冶炼c单质；e原子有四个能层，其未成对电子数在同周期是最多的．回答下列问题：| 选项 | 实验操作与现象 | 解释或结论 |
| A | 过量的铁粉中加入稀硝酸中，充分反应后，滴入KSCN溶液，溶液呈红色 | 稀硝酸将Fe氧化为Fe3+ |
| B | AgI固体中滴入KCl溶液，沉淀由黄色变为白色 | AgI比AgCl难溶 |
| C | 铝箔插入稀硝酸中，无现象 | 铝箔表面被硝酸氧化，形成致密的氧化膜 |
| D | 苯酚溶液中滴加溴水，出现白色沉淀 | 苯酚易发生取代反应 |
| A． | A | B． | B | C． | C | D． | D |
| A． | 7.2gC5H12含有共价键数为1.6NA | |
| B． | 14g乙烯和丙烯的混合物中含有原子的数目为NA | |
| C． | 标准状况下，224mL己烷充分燃烧后生成的CO2的分子数为0.06NA | |
| D． | 1.7g羟基（-OH）含有的电子数为NA |
