题目内容

I．锰的主要矿石有软锰矿（主要成分MnO2）和菱锰矿（主要成分MnCO3），金属锰的提炼方式主要有火法和湿法两种．
（1）铝热反应是火法炼锰方法之一，该反应的化学方程式是
 
；
（2）软锰矿可用于实验室制氯气，其化学方程式是
 
；
II．湿法炼锰即电解硫酸锰溶液法．电解锰的生产过程分为化合浸取、氧化净化及沉淀除杂、产品回收．其生产工艺流程如下：
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已知：①菱锰矿中主要杂质是Fe2+、Co2+、Ni2+
②生成氢氧化物的pH如下表：
物质 Fe（OH）2 Ni（OH）2 Co（OH）2 Mn（OH）2
开始沉淀pH 7.5 7.7 7.6 8.3
完全沉淀pH 9.7 8.4 8.2 9.8
③有关难溶氢氧化物和硫化物pKsp数据（pKsp=-lgKsp）
             难溶物质 Fe（OH）3 Ni（OH）2 Co（OH）2 NiS CoS
pKsp 38.55 15.26 14.7 18.49 20.40
（3）MnO2的作用是除去菱锰矿的硫酸浸取液中的Fe2+．该除杂过程的离子方程式是
 
；
（4）使用氨水的目的是调整pH值到
 
 （填pH范围，精确到小数点后1位数字）．在“浸出液”中加入硫化铵的目的是
 
；
 （5）电解槽中使用的是惰性电极板，电解反应方程式为
 
．
分析：Ⅰ、（1）金属铝可以和部分金属氧化物之间发生置换反应来冶炼金属；
（2）二氧化锰和浓盐酸之间加热时会反应生成氯气；
Ⅱ、（3）二氧化锰具有氧化性，能将亚铁离子氧化为三价铁离子；
（4）氨水可以将铁离子沉淀，根据氢氧化铁的Ksp来计算完全沉淀铁离子所需的溶液的pH即可，硫化铵可以将钴离子以及镍离子沉淀；
（5）根据电解池的工作原理来回答即可．
解答：Ⅰ、（1）金属铝可以和金属氧化物二氧化锰之间发生置换反应可以据此来冶炼金属锰，3MnO2+4Al
 高温 
.
 
2Al2O3+3Mn，故答案为：3MnO2+4Al
 高温 
.
 
2Al2O3+3Mn；
（2）二氧化锰和浓盐酸之间加热时会反应生成氯气，即MnO2+4HCl（浓）
  △  
.
 
MnCl2+Cl2↑+2H2O，故答案为：MnO2+4HCl（浓）
  △  
.
 
MnCl2+Cl2↑+2H2O；
Ⅱ、（3）二氧化锰具有氧化性，能将亚铁离子氧化为三价铁离子，MnO2能除去菱锰矿的硫酸浸取液中的Fe2+，该除杂过程的离子方程式是：4H++2Fe2++MnO2=Mn2++2Fe3++2H2O，故答案为：4H++2Fe2++MnO2=Mn2++2Fe3++2H2O；
（4）氨水可以将铁离子沉淀，氢氧化铁的Ksp=c3（OH-）?c（Fe3+），铁离子完全沉淀时，铁离子的浓度是1×10-5mol/L，此时c（OH-）=
3
10-38.55
10-5
≈10-11.2mol/L，所以c（H+）=10-3.8mol/L，所以pH=3.8，所以将铁离子沉淀完全，但是锰离子未沉淀的范围是3.8～8.3，此范围内Co2+已经沉淀完全，所以再加入硫化铵将Ni2+
沉淀，故答案为：3.8～8.3；将Ni2+沉淀；
（5）根据电解池的工作原理，电解硫酸锰酸性溶液生成二氧化锰、硫酸和氢气，电解反应方程式为：MnSO4+2H2O
 通电 
.
 
MnO2+H2↑+H2SO4，故答案为：MnSO4+2H2O
 通电 
.
 
MnO2+H2↑+H2SO4．
点评：本题是一道实验方案设计的工艺流程题目，考查学生各方面的综合知识能力，难度大．
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（2010?宜宾模拟）为了回收利用SO2，研究人员研制了利用低品位软锰矿浆（主要成分是MnO2）吸收高温焙烧含硫废渣产生的SO2废气，制备硫酸锰晶体的生产流程，其流程示意图如下：

已知，浸出液的pH＜2，其中的金属离子主要是Mn2+，还含有少量的Fe2+、Al3+等其他金属离子．有关金属离子形成氢氧化物沉淀时的pH见下表：
离子 开始沉淀时的pH 完全沉淀时的pH 加碱溶解的pH
Fe2+ 7.6 9.7
Fe3+ 2.7 3.7
Al3+ 3.8 4.7 ＞8.5
Mn2+ 8.3 9.8
请回答下列问题：
（1）写出浸出过程中主要反应的化学方程式：
SO2+MnO2=MnSO4
SO2+MnO2=MnSO4
．
（2）写出氧化过程中主要反应的离子方程式：
2Fe2++MnO2+4H+=2Fe3++Mn2++2H2O
2Fe2++MnO2+4H+=2Fe3++Mn2++2H2O
．
（3）在氧化后的液体中加入石灰浆，用于调节pH，pH应调节至
4.7～8.3
4.7～8.3
．
（4）滤渣的主要成分有
氢氧化铁、氢氧化铝、硫酸钙
氢氧化铁、氢氧化铝、硫酸钙
．
（5）下列各组试剂中，能准确测定尾气中SO2含量的是
bc
bc
．（填编号）
a．NaOH溶液、酚酞试液 b．稀H2SO4酸化的KMnO4溶液 c．碘水、淀粉溶液  d．氨水、酚酞试液
（6）已知废气中SO2浓度为6.4g/m3，软锰矿浆对SO2的吸收率可达90%，则处理1000m3废气，可得到硫酸锰晶体质量为
15.21kg
15.21kg
kg．
二氧化锰是制造锌锰干电池的基本原料，普通锌锰干电池的电池反应式为：
2MnO2+Zn+2H2O=2MnOOH+Zn（OH）2．工业上以软锰矿为原料，利用硫酸亚铁制备高纯度二氧化锰的流程如下（软锰矿中所有金属元素在酸性条件下均以阳离子形式存在）：

某软锰矿的主要成分为MnO2，还含Si（16.27%）、Fe（5.86%）、Al（3.24%）、Zn（2.68%）和Cu（0.86%）等元素的化合物．部分阳离子以氢氧化物形式完全沉淀时，溶液的pH及部分硫化物的Ksp（均为25℃时）见下表，回答下列问题：
沉淀物 Al（OH）3 Fe（OH）3 Fe（OH）2 Mn（OH）2 Cu（OH）2 Zn（OH）2
pH 5.2 3.2 9.7 10.4 6.7 8.0
沉淀物 CuS ZnS MnS FeS
Ksp 8.5×10-45 1.2×10-23 1.4×10-15 3.7×10-14
（1）硫酸亚铁在酸性条件下将MnO2还原为MnSO4，酸浸时发生的主要化学方程式为：
2FeSO4+MnO2+2H2SO4=MnSO4+Fe2（SO4）3+2H2O
2FeSO4+MnO2+2H2SO4=MnSO4+Fe2（SO4）3+2H2O
．
（2）滤渣A的主要成分为
Fe（OH）3和Al（OH）3
Fe（OH）3和Al（OH）3
．
（3）加入MnS的目的是除去
Cu2+、Zn2+
Cu2+、Zn2+
杂质．
（4）碱性锌锰电池中，MnO2参与的电极反应式为
MnO2+H2O+e-=MnOOH+OH-
MnO2+H2O+e-=MnOOH+OH-
．
（5）从废旧碱性锌锰电池中可回收利用的物质有
锌、二氧化锰
锌、二氧化锰
（写两种）
（2011?江西二模）为了回收利用SO2，研究人员研制了利用低品位软锰矿浆（主要成分是MnO2）吸收高温焙烧含硫废渣产生的SO2废气，制备硫酸锰晶体的生产流程，其流程示意图如下：

已知，浸出液的pH＜2，其中的金属离子主要是Mn2+，还含有少量的Fe2+、Al3+等其他金属离子．有关金属离子形成氢氧化物沉淀时的pH见下表：
离子 开始沉淀时的pH 完全沉淀时的pH
Fe2+ 7.6 9.7
Fe3+ 2.7 3.7
Al3+ 3.8 4.7
Mn2+ 8.3 9.8
请回答下列问题：
（1）写出浸出过程中主要反应的化学方程式：
SO2+MnO2=MnSO4
SO2+MnO2=MnSO4
．
（2）写出氧化过程中主要反应的离子方程式：
2Fe2++MnO2+4H+=2Fe3++Mn2++2H2O
2Fe2++MnO2+4H+=2Fe3++Mn2++2H2O
．
（3）在氧化后的液体中加入石灰浆，并用pH试纸测定调节pH，pH应调节范围是
4.7～8.3
4.7～8.3
．
（4）滤渣的主要成分有
氢氧化铁、氢氧化铝、硫酸钙
氢氧化铁、氢氧化铝、硫酸钙
．
（5）下列各组试剂中，能准确测定尾气中SO2含量的是
b、c
b、c
．（填编号）
a．NaOH溶液、酚酞试液    b．稀H2SO4酸化的KMnO4溶液
c．碘水、淀粉溶液        d．氨水、酚酞试液．
（三选一）【化学与技术】
 I.自然界中，锰的主要矿石有软锰矿（主要成分MnO2）和菱锰矿（主要成分MnCO3），金属锰的提炼方式主要有火法和湿法两种。
(1)火法炼锰可用铝与软锰矿高温反应进行。该反应的化学方程式是_______________。   
 II. 湿法炼锰即电解硫酸锰溶液法。电解锰的生产过程分为化合浸取、氧化净化及沉淀除杂、产品回收。其生产工艺流程如下：
已知：① 菱锰矿中主要杂质是Fe2+、Co2+、Ni2+。  
② 生成氢氧化物的pH如下表：
 ③ 有关难溶氢氧化物和硫化物pKsp数据（pKsp= -lgKsp)
(2)菱锰矿粉与硫酸反应的化学方程式是____________________。
(3)MnO2的作用是除去菱锰矿的硫酸浸取液中的Fe2+。该除杂过程的离子方程式是____________________________。     
(4)使用氨水的目的是调整pH值到__________(填pH范围，精确到小数点后1位数字）。在“浸出液”中加入硫化铵的目的是___________________。    
(5)电解槽中使用的是惰性电极板，电解反应方程式为____________________。

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