Question

5．軟錳礦（主要成份為MnO₂）可用于制備錳及其化合物，如圖為現(xiàn)代冶煉軟錳礦制化學(xué)純MnO₂的工藝流程圖．

（1）軟錳礦還能在C₆H₁₂O₆和50%的H₂SO₄條件下還原浸出得到MnSO₄，寫出該反應(yīng)的離子方程式：12MnO₂+24H⁺+C₆H₁₂O₆=12Mn²⁺+6CO₂+18H₂O，同上述流程相比此法的優(yōu)點(diǎn)是能耗低、操作更簡便、轉(zhuǎn)化率高．
（2）寫出能提高氧化亞錳（MnO）浸出率的措施：適當(dāng)升高反應(yīng)體系溫度，及適當(dāng)增大H₂SO₄濃度．
（3）濾渣1和濾渣2分別為Fe（OH）₃、CuS（填化學(xué)式）．
（4）寫出濾液2加入NH₄HCO₃晶體制碳酸錳的化學(xué)方程式MnSO₄+2NH₄HCO₃=MnCO₃+（NH₄）₂SO₄+CO₂↑+H₂O；寫出由濾渣3制化學(xué)純MnO₂的化學(xué)方程式2MnCO₃+O₂$\frac{\underline{\;450℃\;}}{\;}$MnO₂+2CO₂．
（5）已知，t℃時(shí)Ksp[Mn（OH）₂]=10^-12.7，Ksp（MnCO₃）=10^-10.2，若往MnSO₄溶液中加入（NH₄）₂CO₃溶液，還會產(chǎn)生Mn（OH）₂，可能的原因有：MnCO₃（s）+2OH^-（aq）?Mn（OH）₂（s）+CO${\;}_{3}^{2-}$（aq），t℃時(shí)，計(jì)算該反應(yīng)的平衡常數(shù)K=10^2.5．（填數(shù)值）
（6）剩余的MnCO₃及低價(jià)氧化亞錳，經(jīng)H₂SO₄溶出，氯酸鈉重質(zhì)化，再經(jīng)洗滌，烘干也可制得化學(xué)純MnO₂（過程中會有黃綠色氣體放出），寫出該反應(yīng)的離子方程式5Mn²⁺+2ClO₃^-+4H₂O=5MnO₂+Cl₂+8H⁺．

Answer 1

分析 軟錳礦（主要成份為MnO₂）與煤還原煅燒得到氧化亞錳，加入稀硫酸浸出得到硫酸錳溶液，溶液中還含有Fe³⁺、Cu²⁺等雜質(zhì)，調(diào)節(jié)溶液的pH，將 Fe³⁺以Fe（OH）₃沉淀下來，向?yàn)V液中加入硫化鈉，可以將銅離子形成硫化物沉淀下來，再加入碳酸氫銨晶體，得到碳酸錳，碳酸錳與氧氣混合高溫焙燒生成MnO₂，
（1）軟錳礦與C₆H₁₂O₆和50%的H₂SO₄條件下生成MnSO₄，錳元素化合價(jià)降低，則碳元素化合價(jià)升高生成二氧化碳；該方法能耗低、操作更簡便、轉(zhuǎn)化率高；
（2）升高溫度、適當(dāng)增大酸的濃度可提高物質(zhì)浸出率；
（3）根據(jù)分析濾渣1為Fe（OH）₃；濾渣2為CuS；
（4）濾液2主要成分為硫酸錳，加入NH₄HCO₃晶體生成碳酸錳、硫酸銨、二氧化碳和水；碳酸錳高溫下被氧氣氧化為二氧化錳；
（5）反應(yīng)MnCO₃（s）+2OH^-（aq）?Mn（OH）₂（s）+CO₃^2-（aq），平衡常數(shù)K=$\frac{c（C{{O}_{3}}^{2-}）}{{c}^{2}（O{H}^{-}）}$=$\frac{c（C{{O}_{3}}^{2-}）}{{c}^{2}（O{H}^{-}）}$$•\frac{c（M{n}^{2+}）}{c（M{n}^{2+}）}$=$\frac{Ksp（MnC{O}_{3}）}{Ksp[Mn（OH）_{2}]}$，據(jù)此計(jì)算；
（6）錳離子在酸性條件下被氯酸根離子氧化為二氧化錳，氯酸根離子被還原為氯離子．

解答 解：（1）軟錳礦與C₆H₁₂O₆和50%的H₂SO₄條件下生成MnSO₄，錳元素化合價(jià)降低，則碳元素化合價(jià)升高生成二氧化碳，反應(yīng)為：12MnO₂+24H⁺+C₆H₁₂O₆=12Mn²⁺+6CO₂+18H₂O；該方法能耗低、操作更簡便、轉(zhuǎn)化率高；
故答案為：12MnO₂+24H⁺+C₆H₁₂O₆=12Mn²⁺+6CO₂+18H₂O；能耗低、操作更簡便、轉(zhuǎn)化率高；
（2）適當(dāng)升高反應(yīng)體系溫度，及適當(dāng)增大H₂SO₄濃度可提高氧化亞錳（MnO）浸出率；
故答案為：適當(dāng)升高反應(yīng)體系溫度，及適當(dāng)增大H₂SO₄濃度；
（3）浸出液含有Fe³⁺、Cu²⁺等雜質(zhì)，調(diào)節(jié)溶液的pH，將 Fe³⁺以Fe（OH）₃沉淀下來，向?yàn)V液中加入硫化鈉，可以將銅離子形成硫化物沉淀下來，故濾渣1為Fe（OH）₃；濾渣2為CuS；
故答案為：Fe（OH）₃；CuS；
（4）濾液2主要成分為硫酸錳，加入NH₄HCO₃晶體生成碳酸錳、硫酸銨、二氧化碳和水，反應(yīng)為：MnSO₄+2NH₄HCO₃=MnCO₃+（NH₄）₂SO₄+CO₂↑+H₂O；碳酸錳高溫下被氧氣氧化為二氧化錳，反應(yīng)為：2MnCO₃+O₂$\frac{\underline{\;450℃\;}}{\;}$MnO₂+2CO₂；
故答案為：MnSO₄+2NH₄HCO₃=MnCO₃+（NH₄）₂SO₄+CO₂↑+H₂O；2MnCO₃+O₂$\frac{\underline{\;450℃\;}}{\;}$MnO₂+2CO₂；
（5）已知，t℃時(shí)Ksp[Mn（OH）₂]=10^-12.7，Ksp（MnCO₃）=10^-10.2，反應(yīng)MnCO₃（s）+2OH^-（aq）?Mn（OH）₂（s）+CO₃^2-（aq），平衡常數(shù)K=$\frac{c（C{{O}_{3}}^{2-}）}{{c}^{2}（O{H}^{-}）}$=$\frac{c（C{{O}_{3}}^{2-}）}{{c}^{2}（O{H}^{-}）}$$•\frac{c（M{n}^{2+}）}{c（M{n}^{2+}）}$=$\frac{Ksp（MnC{O}_{3}）}{Ksp[Mn（OH）_{2}]}$=$\frac{1{0}^{-10.2}}{1{0}^{-12.7}}$=10^2.5；
故答案為：10^2.5；
（6）錳離子在酸性條件下被氯酸根離子氧化為二氧化錳，氯酸根離子被還原為氯離子，離子方程式為：5Mn²⁺+2ClO₃^-+4H₂O=5MnO₂+Cl₂+8H⁺；
故答案為：5Mn²⁺+2ClO₃^-+4H₂O=5MnO₂+Cl₂+8H⁺．

點(diǎn)評 本題考查物質(zhì)準(zhǔn)備工藝流程，涉及物質(zhì)分離和提純和制備、難溶物的溶解平衡、離子方程式書寫、氧化還原反應(yīng)等知識點(diǎn)，側(cè)重考查基本理論，難點(diǎn)是難溶物溶解平衡計(jì)算，題目難度中等．