题目内容

【题目】软锰矿的主要成分为MnO2,还含有MgO、CaO、FeO、Fe2O3、Al2O3等杂质,工业上用软锰矿制取MnSO4·H2O的流程如下:

已知:① 几种常见金属离子形成氢氧化物沉淀时的pH值如下表:

氢氧化物

Fe(OH)2

Fe(OH)3

Al(OH)3

Mn(OH)2

Mg(OH)2

开始沉淀pH

7.0

2.7

3.7

8.1

9.6

完全沉淀pH

9.2

3.2

5.2

10.2

11

② 温度高于27℃时,MnSO4的溶解度随温度的升高而逐渐降低。

(1)已知:25℃、101kpa时,

Mn(s)+O2(g)=MnO2(s) △ H=-520 kJ/mol

S(s)+O2(g)=SO2(g) △ H=-297 kJ/mol

Mn(s)+S(s)+2O2(g)=MnSO4(aq) △ H=-1065 kJ/mol

“浸出”过程中MnO2转化为MnSO4的热化学方程式为___________________________。

(2) “第1步除杂”是为了除去浸出液中的Fe3+、Fe2+、Al3+,加入H2O2溶液的目的是(用离子方程式表示)____________________________________________,需要调节的pH的范围是_________________;所加的试剂X是_________ (填以下物质序号)。

A、MnO2 B、MnCO3 C、KMnO4 D、NaOH。

请用平衡移动原理分析,加入X能使除去浸出液中Fe3+的原因是:_______________。

(3)根据下表数据,选择“第2步除杂”所加的物质Y(由一种阳离子和一种阴离子组成),物质Y的化学式____________。

阴离子

Ksp

阳离子

CO32-

F-

OH-

Ca2+

5.0×10-9

1.5×10-10

4.7×10-6

Mg2+

3.8×10-6

7.4×10-11

5.6×10-12

Mn2+

2.2×10-11

5.3×10-3

2.1×10-13

(4)采用“系列操作”中需要“趁热过滤”,其目的是_______________________________。

(5)以MnSO4溶液为原料,采用电解的方法可制备高纯度的MnO2,则电解池阳极的电极反应方程式为___________________________________________________________。

【答案】MnO2(s)+SO2(g) == MnSO4(aq) △H= —248kJ/mol-1将2Fe2++H2O2+2H+==2Fe3++2H2O5.2<pH≤8.1B (MnCO3)溶液中在在下列平衡:Fe3+ + 3H2O Fe(OH)3 + 3H+,加入MnCO3后,H+与MnCO3反应,使溶液中c(H+)减小,水解平衡向生成Fe(OH)3的方向移动,从而产生沉淀MnF2防止温度下降时MnSO4·H2O溶解,导致产率降低Mn2+ - 2e- +2H2O=MnO2 + 4H+

【解析】

(1)由盖斯定律可知MnO2转化为MnSO4的热化学方程式的焓变△H=(-1065 kJ/mol+520 kJ/mol+297 kJ/mol)=—248kJ/mol-1,故答案为:MnO2(s)+SO2(g) == MnSO4(aq) △H= —248kJ/mol-1;(2)由表中数据可知当Fe2+完全沉淀时,Mn2+已开始沉淀,为了除去杂质又不影响Mn2+,故需将Fe2+氧化;Al3+完全沉淀时所需要pH为5.2,Mn2+开始沉淀的pH为8.1,则需调整pH为5.2~8.1之间,为了不带入新的杂质,同时MnCO3又能与H+反应,使可逆反应:Fe3++3H2OFe(OH)3+3H+平衡正向移动,达到除去Fe3+的作用,故答案为:2Fe2++H2O2+2H+==2Fe3++2H2O;5.2<pH≤8.1;B ;溶液中在在下列平衡:Fe3+ + 3H2O Fe(OH)3 + 3H+,加入MnCO3后,H+与MnCO3反应,使溶液中c(H+)减小,水解平衡向生成Fe(OH)3的方向移动,从而产生沉淀;(3)从表中数据可知MnF2的溶度积远大于CaF2和MgF2,则加入MnF2能够将Ca2+和Mg2+沉淀完全,故答案为:MnF2;(4)温度高于27℃时,MnSO4的溶解度随温度的升高而逐渐降低,为避免原料的损失,则应趁热过滤,故答案为:防止温度下降时MnSO4·H2O溶解,导致产率降低;(5)电解的阳极发生氧化反应,Mn2+被氧化为MnO2,故答案为:Mn2+ - 2e- +2H2O=MnO2 + 4H+。

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