题目内容
20．工业上用菱锰矿（MnCO3）[含FeCO3、SiO2、Cu2（OH）2CO3等杂质]为原料制取KMnO4．其流程示意图如下：
②金属阳离子生成氢氧化物沉淀的pH如下表：
| Mn（OH）2 | Fe（OH）2 | Fe（OH）3 | Cu（OH）2 | |
| 开始沉定时 | 8.3 | 7.6 | 2.7 | 6.7 |
| 完全沉淀时 | 9.8 | 9.6 | 3.7 | 9 |
（1）写出滤渣1的一种工业用途：建筑材料．实验室模拟该流程过程中，洗涤滤渣1的具体操作方法为将沉淀放在过滤器中，水浸没沉淀自然流下，重复2～3次．
（2）试剂a最好选用B（填选项字母）．
A．氯水 B．高锰酸钾
C．次氯酸钠 D．浓盐酸
（3）试剂b可选用CD（填选项字母）．
A．氨水 B．稀硫酸 C．碳酸锰 D．Mn（OH）2 E．NaOH
（4）试剂c为MnS，写出滤液2中加入MnS后发生反应的离子方程式：MnS+Cu2+=Mn2++CuS
（5）用惰性电极电解硫酸锰和硫酸钾混合溶液的方法可以制取高锰酸钾，写出电解时的阳极反应式：Mn2+-5e-+4H2O=8H++MnO4-．工业上用硫酸溶解碳酸锰，而不用盐酸溶解，其原因是氯离子放电生成有毒气体氯气．
（6）KMnO4是一种常用的滴定试剂，某同学用酸性高锰酸钾溶液测定滤液1中Fe2+的含量．滴定过程中，每次均量取25.00mL的滤液1置于锥形瓶中，滴定三次平均消耗掉0.1000mol/L的KMnO4溶液20.00mL，则滤液1中Fe2+的浓度为22.4g/L（保留三位有效数字）．
分析 菱锰矿用稀硫酸酸浸，MnCO3、FeCO3、Cu2（OH）2CO3与稀硫酸反应，SiO2不与稀硫酸反应，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，向滤液中加入试剂a为高锰酸钾，将溶液中Fe2+氧化为Fe3+，加入试剂b为碳酸锰、Mn（OH）2等调节PH=4时Fe3+转化为Fe（OH）3沉淀，过滤除去，滤液2中加入试剂c为MnS，将溶液中Cu2+氧化为CuS沉淀过滤除去，滤液3中为MnCl2，最后经电解得到KMnO4．
（1）二氧化硅可用于建筑、铺路或生成硅酸盐等；将沉淀放在过滤器中，水浸没沉淀自然流下；
（2）试剂a将溶液中Fe2+氧化为Fe3+，且不能引入新杂质；
（3）试剂b调节pH使铁离子转化为沉淀，但不能引入新杂质；
（4）发生沉淀的转化；
（5）由题意可知，阳极发生氧化反应，锰离子失去电子；用氯化镁时电解氯离子放电生成氯气；
（6）根据关系式5Fe2+～MnO4-计算25.00mL的滤液1中Fe2+的物质的量，再根据Fe2+的浓度=$\frac{nM}{V}$计算．
解答 解：（1）二氧化硅可用于建筑、铺路或生成硅酸盐等；洗涤滤渣1的具体操作方法为将沉淀放在过滤器中，水浸没沉淀自然流下，重复2～3次，
故答案为：建筑材料；将沉淀放在过滤器中，水浸没沉淀自然流下，重复2～3次；
（2）试剂a将溶液中Fe2+氧化为Fe3+，且不能引入新杂质，只有高锰酸钾符合，
故答案为：B；
（3）试剂b调节pH使铁离子转化为沉淀，但不能引入新杂质，则加入试剂b为碳酸锰、Mn（OH）2等，
故答案为：CD；
（4）MnS与氯化铜反应转化更难溶的CuS，同时得到氯化镁，反应离子方程式为MnS+Cu2+=Mn2++CuS，
故答案为：MnS+Cu2+=Mn2++CuS；
（5）用惰性电极电解硫酸锰和硫酸钾混合溶液的方法可以制取高锰酸钾，电解时的阳极反应式为Mn2+-5e-+4H2O=8H++MnO4-．工业上用硫酸溶解碳酸锰，而不用盐酸溶解，其原因是氯离子放电生成有毒气体氯气，
故答案为：Mn2+-5e-+4H2O=8H++MnO4-；氯离子放电生成有毒气体氯气；
（6）高锰酸钾与Fe2+的反应是MnO4-～Mn2+～5e-；Fe2+～Fe3+～e-；依据电子守恒，铁离子和亚铁离子前乘5，依据原子守恒和电荷守恒得到反应的离子方程式为：MnO4-+5Fe2++8H+=Mn2++5Fe3++4H2O；设25.00mL的滤液1中Fe2+的物质的量xmol，则：
5Fe2+～～～～～～MnO4-，
5 1
xmol 0.02L×0.1000mol/L 所以x=0.01mol，则滤液1中Fe2+的浓度为$\frac{0.01mol×56g/mol}{0.025L}$=22.4g/L，
故答案为：22.4．
点评 本题考查混合物分离提纯及物质制备实验，为高频考点，把握实验流程中的反应、混合物分离提纯、电解原理为解答 的关键，综合性较强，侧重分析与实验能力的考查，题目难度中等．
（1）“酸浸”中硫酸要适当过量，目的是：
①提高铁的浸出率，②抑制Fe3+的水解．
（2）“还原”是将Fe3+转化为Fe2+，同时FeS2被氧化为SO42-，该反应的离子方程式为14Fe3++FeS2+8H2O=15Fe2++2SO42-+16H+．
（3）为测定“酸浸”步骤后溶液中Fe3+的量以控制加入FeS2的量．实验步骤为：
准确量取一定体积的酸浸后的溶液于锥形瓶中，加入HCl、稍过量SnCl2，再加HgCl2除去过量的SnCl2，以二苯胺磺酸钠为指示剂，用K2Cr2O7标准溶液滴定，有关反应方程式如下：
2Fe3++Sn2++6Cl-═2Fe2++SnCl62-，
Sn2++4Cl-+2HgCl2═SnCl62-+Hg2Cl2↓，
6Fe2++Cr2O72-+14H+═6Fe3++2Cr3++7H2O．
①若SnCl2不足量，则测定的Fe3+量偏低（填“偏高”、“偏低”、“不变”，下同）．
②若不加HgCl2，则测定的Fe3+量偏高．
（4）已知部分阳离子以氢氧化物形式沉淀时溶液的pH见表：
| 沉淀物 | Fe（OH）3 | Al（OH）3 | Fe（OH）2 | Mg（OH）2 | Mn（OH）2 |
| 开始沉淀 | 2.7 | 3.8 | 7.5 | 9.4 | 8.3 |
| 完全沉淀 | 3.2 | 5.2 | 9.7 | 12.4 | 9.8 |
a．氧化：向溶液中加入过量的酸性高锰酸钾溶液，搅拌；
b．沉淀：滴加NaOH溶液，调节溶液为pH为3.2～3.8；
c．分离，洗涤；
d．烘干，研磨．
FeSO4$\underset{\stackrel{\;}{→}}{①}$FeOOH$\underset{\stackrel{\;}{→}}{②}$Fe2O3$\underset{\stackrel{\;}{→}}{③}$Fe3O4$\underset{\stackrel{CuS{O}_{4}溶液④}{→}}{\;}$CoxFe3-xO4
回答下列问题：
（1）步骤①是在FeSO4溶液中加入NaOH溶液，在40℃下搅拌生成FeOOH．生成FeOOH的化学方程式为4FeSO4+8NaOH+O2$\frac{\underline{\;40℃\;}}{\;}$4FeOOH+4Na2SO4+2H2O．
（2）步骤②将FeOOH在200～300℃下加热脱水，生成红色Fe2O3．实验室完成该操作需要下列仪器中的cde（填字母）．
a．蒸发皿 b．烧杯 c．坩埚 d．泥三角 e．酒精灯
（3）步骤③通入H2，加热至300～400℃，生成Fe3O4．通入H2前要向加热炉中通入N2，其作用为除去空气，防止氢气与氧气混合反应爆炸．
（4）步骤④加入CoSO4溶液，所得粗产品经过滤、洗涤、干燥即得成品．检验粗产品是否洗涤干净的实验操作和现象是取最后一次洗涤滤出液少许于试管中，滴加氯化钡溶液，如果不产生白色沉淀，则表明洗涤干净；后发现滤液浑浊，请写出原因（一点即可）玻璃棒抵住滤纸时滤纸破裂、原液液面高于滤纸边缘．
（5）某研究小组欲用锂离子电池正极废料（含LiCoO2、铝箔、铁的+2价和+3价的氧化物）制备CoSO4•7H2O晶体．已知在酸性条件下不稳定极易变成两价钴离子，下表列出了相关金属离子生成氢氧化物沉淀的pH（开始沉淀的pH按金属离子浓度为1.0mol•L-1计算）
| 金属离子 | 开始沉淀的pH | 沉淀完全的pH |
| Fe3+ | 1.1 | 3.2 |
| Fe2+ | 5.8 | 8.8 |
| Co2+ | 6.9 | 9.4 |
①用N-甲基吡咯烷酮在120℃下浸洗正极废料，使LiCoO2与铝箔分离，得到LiCoO2粗品并回收铝．
②用稀硫酸溶解LiCoO2，并加入过量H2O2．
③向所得粗品CoSO4溶液中加入NaOH溶液，调节pH约为5，过滤．
④向③所得滤液中加入NaOH溶液，调节pH至9.4，过滤，洗涤得到Co（OH）2沉淀．
⑤将Co（OH）2沉淀溶于稀硫酸中，蒸发浓缩、冷却结晶（填实验步骤），得到CoSO4•7H2O晶体．若欲再提纯，可以通过重结晶（填实验步骤）．
| A． | 植物的光合作用使得太阳能转化为化学能 | |
| B． | 人类使用照明设备是将电能转化为光能 | |
| C． | 化学键的断裂和形成是化学反应中能量变化的主要原因 | |
| D． | 燃料燃烧时只是将化学能转化为热能 |
