Question

16．锰及其化合物在生产、生活中有许多用途．
I．在实验室中模拟工业利用软锰矿（主要成分为MnO₂，含少量SiO₂、Fe₂O₃和A1₂O₃等）制备金属锰等物质，设计流程如图1：


己知：碳酸锰在空气中高温加热固体产物为Mn₂O₃；部分氢氧化物的K_sp（近似值）如表．

物质	Mn（OH）2	Fe（OH）2	Fe（OH）3	Al（OH）3
Ksp	10-13	10-17	10-39	10-33

（1）“酸浸”中MnO₂反应的离子方程式为MnO₂+2Fe²⁺+4H⁺$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Mn²⁺+2Fe³⁺+2H₂O；滤渣I的成分是SiO₂．
（2）向滤液I 中滴加双氧水的目的是将Fe²⁺氧化为Fe³⁺，便于转化为Fe（OH）₃除去；测得滤液I 中c（Mn²⁺）=0.1mol•L^-1，为保证滴加氨水不产生Mn（OH）₂，应控制溶液pH最大为8．
（3）“沉锰”过程中的离子方程式为Mn²⁺+HCO₃^-+NH₃•H₂O=MnCO₃↓+NH₄⁺+H₂O或Mn²⁺+HCO₃^-+NH₃=MnCO₃↓+NH₄⁺．
（4）以Mn₂O₃和金属铝为原料可以制备粗锰，写出化学反应方程式Mn₂O₃+2Al$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$Al₂O₃+2Mn．
II．科学家发明了NH₃燃料电池，以KOH为电解质，原理如图2所示．
（5）该燃料电池的负极反应式为2NH₃+6OH^--6e^-=N₂+6H₂O．

Answer 1

分析 Ⅰ．用软锰矿（主要成分为MnO₂，含少量SiO₂、Fe₂O₃和A1₂O₃等）制备金属锰：软锰矿用硫酸、硫酸亚铁溶解，二氧化硅不反应，由沉锰后得到碳酸锰，可知酸性条件下二氧化锰被亚铁离子还原为Mn²⁺，过滤分离，滤液I中加入过氧化氢，将Fe²⁺氧化为Fe³⁺，通入氨气调节溶液pH，将Fe³⁺、Al³⁺转化为Fe（OH）₃、Al（OH）₃除去，再过滤分离，滤液Ⅱ中加入碳酸氢铵与氨水的混合物得到碳酸锰，再过滤分离；
Ⅱ．负极发生氧化反应，由图可知，碱性条件下氨气失去电子生成氮气与水，据此分析解答．

解答 解：（1）“酸浸”中MnO₂在酸性条件下被Fe²⁺还原为Mn²⁺，Fe²⁺被氧化生成Fe³⁺，MnO₂+2Fe²⁺+4H⁺$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Mn²⁺+2Fe³⁺+2H₂O，软锰矿用硫酸、硫酸亚铁溶解，二氧化硅不反应，滤渣I为SiO₂；
故答案为：MnO₂+2Fe²⁺+4H⁺$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Mn²⁺+2Fe³⁺+2H₂O；SiO₂；
（2）滴加双氧水将Fe²⁺氧化为Fe³⁺，便于转化为Fe（OH）₃除去，
滤液I 中c（Mn²⁺）=0.1mol•L^-1，结合Ksp[Mn（OH）₂]=c（Mn²⁺）×c²（OH^-）=10^-13，可知c（OH^-）=$\sqrt{\frac{1{0}^{-13}}{0.1}}$mol/L=10^-6mol/L，则溶液中c（H⁺）=$\frac{1{0}^{-14}}{1{0}^{-6}}$mol/L=10^-8mol/L，此时溶液pH=-lg10^-8=8，
故答案为：将Fe²⁺氧化为Fe³⁺，便于转化为Fe（OH）₃除去；8；
（3）Mn²⁺与HCO₃^-、NH₃•H₂O反应生成MnCO₃、NH₄⁺与H₂O，反应离子方程式为：Mn²⁺+HCO₃^-+NH₃•H₂O=MnCO₃↓+NH₄⁺+H₂O或Mn²⁺+HCO₃^-+NH₃=MnCO₃↓+NH₄⁺；
故答案为：Mn²⁺+HCO₃^-+NH₃•H₂O=MnCO₃↓+NH₄⁺+H₂O或Mn²⁺+HCO₃^-+NH₃=MnCO₃↓+NH₄⁺；
（4）碳酸锰分解生成Mn₂O₃，Al与Mn₂O₃发生置换反应得到Mn，化学方程式：Mn₂O₃+2Al$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$Al₂O₃+2Mn；
故答案为：Mn₂O₃+2Al$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$Al₂O₃+2Mn；
（5）负极发生氧化反应，由图可知，碱性条件下氨气失去电子生成氮气与水，负极电极反应式为：2NH₃+6OH^--6e^-=N₂+6H₂O；
故答案为：2NH₃+6OH^--6e^-=N₂+6H₂O．

点评 本题考查物质制备工艺流程、原电池原理，属于拼合型题目，涉及方程式书写、对原理的分析评价、条件控制、化学计算等知识点，是对学生综合能力的考查，题目难度中等．