Question

1．若用90g 碳酸錳礦（主要成分為MnCO₃、MnO₂、FeCO₃、MgO、SiO₂、Al₂O₃和雜質，其中雜質不參與反應）進行如圖1操作，已知MnCO₃難溶于水，一種新型、環(huán)保的運用陰離子膜的電解新技術，可用于從碳酸錳礦中提取金屬錳，

（1）已知浸出液中含有Fe²⁺、Fe³⁺、Mn²⁺，則試劑a可能是C（填字母）．試劑b與浸出液反應時不應引入新的雜質，則試劑b的名稱為過氧化氫．
A．HClO    B．HCl    C．H₂SO₄    D．HNO₃
（2）在浸出液中錳元素只以Mn²⁺的形式存在，在濾渣中也無MnO₂，請解釋原因：MnO₂在酸性條件下被Fe²⁺還原為Mn²⁺．
（3）已知不同金屬生成氫氧化物沉淀所需的pH值如圖2．通NH₃時調節(jié)溶液的pH=7，則濾渣的成分是Fe（OH）₃、Al（OH）₃；此時溶液中含有的陽離子為H⁺、NH₄⁺、Mg²⁺、Mn²⁺．
（4）如圖3裝置內箭頭表示陰離子移動方向，則B極為正極，實際陽極以試劑a為電解液，該技術之所以采用陰離子交換膜，是因為防止Mn²⁺進入陽極發(fā)生副反應生成MnO₂，造成資源浪費．
（5）已知酒精的汽化熱是n kJ/mol．反應：
2CO₂（g）+6H₂（g）→C₂H₅OH（g）+3H₂O（l）△H=-p kJ/mol
C₂H₅OH（l）+3O₂（g）→2CO₂（g）+3H₂O（l）△H=-qkJ/mol
據此寫出電解時兩氣孔逸出氣體反應的熱化學方程式：2H₂（g）+O₂（g）=2H₂O（l）△H=-$\frac{p+q+n}{3}$ kJ/mol
（6）已知某種物質X（相對分子質量209），其最高價氧化物對應水化物類似于硝酸，且能將Mn²⁺完全氧化為MnO₄^-，而自身還原為+3價，若將制得的金屬錳，先用過量硫酸氧化為Mn²⁺，則Mn²⁺與HXO₃反應的離子方程是為2Mn²⁺+5XO₃^-+14H⁺=2MnO₄^-+5X³⁺+7H₂O．
（7）若上述反應進行完全，并測得X³⁺的質量為283.15g，碳酸錳礦與實際a反應，生成的氣體體積為13.44L（標況下測得），則碳酸錳在原礦中的質量分數是69.00%．

Answer 1

分析 用90g 碳酸錳礦（主要成分為MnCO₃、MnO₂、FeCO₃、MgO、SiO₂、Al₂O₃和雜質，其中雜質不參與反應）加入過量試劑a為硫酸，加入試劑b是氧化亞鐵離子為鐵離子，浸出液中二氧化錳被還原為錳離子，通NH₃時調節(jié)溶液的pH=7沉淀鐵離子和鋁離子，過濾得到濾液主要為鎂離子、錳離子、氫離子和銨根離子，進一步精制除去銨根離子和鎂離子，得到陰極電解液，得到金屬錳；
（1）碳酸錳礦（主要成分為MnCO₃、MnO₂、FeCO₃、MgO、SiO₂、Al₂O₃和雜質，其中雜質不參與反應），鹽酸中氯離子易被氧化劑氧化，所以選擇硫酸酸溶，已知浸出液中含有Fe²⁺、Fe³⁺、Mn²⁺、Al³⁺，加入試劑b是氧化亞鐵離子為鐵離子，便于調節(jié)溶液PH除去；
（2）已知浸出液中含有Fe²⁺、Fe³⁺、Mn²⁺，亞鐵離子具有還原性，二氧化錳酸性條件下具有氧化性；
（3）通NH₃時調節(jié)溶液的pH=7，鋁離子和鐵離子全部沉淀，錳離子、鎂離子不沉淀；
（4）陰離子移向電解池的陽極，A為負極，B為正極，陰離子交換膜防止陽離子通過；
（5）電解時兩氣孔逸出氣體為氫氣和氧氣，結合熱化學方程式和蓋斯定律計算得到氫氣燃燒生成液態(tài)水的熱化學方程式；
（6）已知某種物質X（相對分子質量209），其最高價氧化物對應水化物類似于硝酸，且能將Mn²⁺完全氧化為MnO₄^-，而自身還原為+3價，若將制得的金屬錳，先用過量硫酸氧化為Mn²⁺，則Mn²⁺與HXO₃反應的離子方程依據電子守恒、原子守恒配平得到；
（7）若上述反應進行完全，并測得X³⁺的質量為283.15g，物質的量=$\frac{283.15g}{209g/mol}$=1.35mol，碳酸錳礦與試劑a反應，生成的氣體體積為13.44L（標況下測得），氣體為二氧化碳物質的量=$\frac{13.44L}{22.4L/mol}$=0.6mol，錳元素守恒，結合化學方程式計算得到，2Mn²⁺+5XO₃^-+14H⁺=2MnO₄^-+5X³⁺+7H₂O
MnCO₃物質的量為1.35mol×$\frac{2}{5}$=0.54mol，計算得到碳酸錳在原礦中的質量分數．

解答 解：用90g 碳酸錳礦（主要成分為MnCO₃、MnO₂、FeCO₃、MgO、SiO₂、Al₂O₃和雜質，其中雜質不參與反應）加入過量試劑a為硫酸，加入試劑b是氧化亞鐵離子為鐵離子，浸出液中二氧化錳被還原為錳離子，通NH₃時調節(jié)溶液的pH=7沉淀鐵離子和鋁離子，過濾得到濾液主要為鎂離子、錳離子、氫離子和銨根離子，進一步精制除去銨根離子和鎂離子，得到陰極電解液，得到金屬錳；
（1）碳酸錳礦（主要成分為MnCO₃、MnO₂、FeCO₃、MgO、SiO₂、Al₂O₃和雜質，其中雜質不參與反應），鹽酸中氯離子易被氧化劑氧化，所以選擇硫酸酸溶，試劑a為硫酸；已知浸出液中含有Fe²⁺、Fe³⁺、Mn²⁺、Al³⁺，加入試劑b是氧化亞鐵離子為鐵離子，便于調節(jié)溶液PH除去，試劑b為過氧化氫（雙氧水），
故答案為：C；過氧化氫（雙氧水）；  
（2）二氧化錳酸性條件下具有氧化性，和亞鐵離子酸性條件發(fā)生氧化還原反應，二氧化錳被還原為錳離子，
故答案為：MnO₂在酸性條件下被Fe²⁺還原為Mn²⁺；
（3）通過圖象分析通NH₃時調節(jié)溶液的pH=7，鋁離子和鐵離子全部沉淀，錳離子、鎂離子不沉淀，則濾渣的成分是Fe（OH）₃、Al（OH）₃，此時溶液中含有的陽離子H⁺、NH₄+、Mg²⁺、Mn²⁺，
故答案為：Fe（OH）₃、Al（OH）₃；H⁺、NH₄+、Mg²⁺、Mn²⁺；
（4）圖3裝置內箭頭表示陰離子移動方向，電解池電解原理可知，陰離子移向陽極，則B極為正極，采用陰離子交換膜防止Mn²⁺進入陽極發(fā)生副反應生成MnO₂，造成資源浪費，
故答案為：正；防止Mn²⁺進入陽極發(fā)生副反應生成MnO₂，造成資源浪費；
（5）已知酒精的汽化熱是n kJ/mol，
①C₂H₅OH（l）=C₂H₅OH（g）△H=nkJ/mol
②2CO₂（g）+6H₂（g）→C₂H₅OH（g）+3H₂O（l）△H=-p kJ/mol
③C₂H₅OH（l）+3O₂（g）→2CO₂（g）+3H₂O（l）△H=-qkJ/mol
電解時兩氣孔逸出氣體反應為氫氣和氧氣發(fā)生的反應，依據蓋斯定律計算（②+③-①）×$\frac{1}{3}$得到的熱化學方程式為：
2H₂（g）+O₂（g）=2H₂O（l）△H=-$\frac{p+q+n}{3}$ kJ/mol，
故答案為：2H₂（g）+O₂（g）=2H₂O（l）△H=-$\frac{p+q+n}{3}$ kJ/mol；
（6）已知某種物質X（相對分子質量209），其最高價氧化物對應水化物類似于硝酸，則為HXO₃，X化合價為+5價，且能將Mn²⁺完全氧化為MnO₄^-，而自身還原為+3價，結合電子守恒、原子守恒、電荷守恒配平離子方程式為：2Mn²⁺+5XO₃^-+14H⁺=2MnO₄^-+5X³⁺+7H₂O，
故答案為：2Mn²⁺+5XO₃^-+14H⁺=2MnO₄^-+5X³⁺+7H₂O；
（7）若上述反應進行完全，并測得X³⁺的質量為283.15g，物質的量=$\frac{283.15g}{209g/mol}$=1.35mol，碳酸錳礦與試劑a反應，生成的氣體體積為13.44L（標況下測得），氣體為二氧化碳物質的量=$\frac{13.44L}{22.4L/mol}$=0.6mol，錳元素守恒，結合化學方程式計算得到，2Mn²⁺+5XO₃^-+14H⁺=2MnO₄^-+5X³⁺+7H₂O
錳元素物質的量全部看為MnCO₃物質的量，化學方程式計算為1.35mol×$\frac{2}{5}$=0.54mol，計算得到碳酸錳在原礦中的質量分數=$\frac{0.54mol×115g/mol}{90g}$×100%=69.00%，
故答案為：69.00%．

點評 本題考查了混合物質的分離提純，熱化學方程式書寫，化學方程式計算應用，掌握基礎是關鍵，題目難度較大．