Question

【題目】工業(yè)上利用軟錳礦（主要成分為MnO2，同時含少量鐵、鋁等的化合物）制備硫酸錳的常見流程如下：

部分金屬陽離子以氫氧化物形式完全沉淀時溶液的pH見下表：

沉淀物	Al(OH)3	Fe(OH)3	Fe(OH)2	Mn(OH)2
pH	5.2	3.2	9.7	10.4

（1）一氧化錳用硫酸酸浸時發(fā)生的主要反應(yīng)的離子方程式為____________________。酸浸后加入MnO2將溶液中的Fe2＋氧化成Fe3＋，其目的是___________。

（2）濾渣A的成分除MnO2外，還有_______________。

（3）MnO2是制造堿性鋅錳電池的基本原料，放電時負(fù)極的電極反應(yīng)式為________。工業(yè)上以石墨為電極電解酸化的MnSO4溶液生產(chǎn)MnO2，陽極的電極反應(yīng)式為_________，當(dāng)陰極產(chǎn)生4.48L（標(biāo)況）氣體時，MnO2的理論產(chǎn)量為______g。

（4）錳的三種難溶化合物的溶度積：Ksp(MnCO3)＝1.8×10－11，Ksp[Mn(OH)2]＝1.9×10－13，Ksp(MnS)＝2.0×10－13，則上述三種難溶物的飽和溶液中，Mn2＋濃度由大到小的順序是_______＞_______＞_______（填寫化學(xué)式）。

Answer 1

【答案】MnO＋2H＋＝Mn2＋＋H2O 確保鐵元素在后續(xù)操作中完全轉(zhuǎn)化為氫氧化物沉淀而除去 Al(OH)3、Fe(OH)3 Zn＋2OH－－2e－＝Zn(OH)2 Mn2＋＋2H2O－2e－＝MnO2＋4H＋ 17.4 Mn(OH)2 MnCO3 MnS

【解析】

軟錳礦（主要成分為MnO2，同時含少量鐵、鋁等的化合物）加入碳粉焙燒，MnO2轉(zhuǎn)化為一氧化錳，用稀硫酸浸取，一氧化錳轉(zhuǎn)化為MnSO4，同時鐵和鋁也和稀硫酸反應(yīng)進(jìn)入溶液中，用MnO2氧化Fe2+成為Fe3+，便于通過調(diào)節(jié)溶液的PH使之轉(zhuǎn)化為Fe(OH)3沉淀而除去。調(diào)節(jié)溶液的PH至5.4時，Fe3+和Al3+都成為氫氧化物而除去，濾液中主要含有Mn2+，用來制取硫酸錳。

（1）一氧化錳用硫酸酸浸時生成硫酸錳和水，因此發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為MnO＋2H＋＝Mn2＋＋H2O；根據(jù)表中數(shù)據(jù)可知，氫氧化亞鐵完全沉淀時的pH值是9.7，因此在pH等于5.4的條件下不能沉淀無法除去。而氫氧化鐵完全沉淀時的pH值只有3.2，所以酸浸后加入MnO2將溶液中的Fe2＋氧化成Fe3＋的目的是保鐵元素在后續(xù)操作中完全轉(zhuǎn)化為氫氧化物沉淀而除去。

（2）根據(jù)表中數(shù)據(jù)可知，在pH等于5.4的條件下鋁離子與鐵離子已經(jīng)完全轉(zhuǎn)化為氫氧化物沉淀，因此濾渣A的成分除MnO2外，還有Al(OH)3、Fe(OH)3。

（3）MnO2是制造堿性鋅錳電池的基本原料，而原電池中負(fù)極失去電子，發(fā)生氧化反應(yīng)，該原電池中鋅是負(fù)極，則放電時負(fù)極的電極反應(yīng)式為Zn＋2OH－－2e－＝Zn(OH)2；電解池中陽極失去電子，發(fā)生氧化反應(yīng)，則工業(yè)上以石墨為電極電解酸化的MnSO4溶液生產(chǎn)MnO2，則錳離子在陽極放電，因此陽極的電極反應(yīng)式為Mn2＋＋2H2O－2e－＝MnO2＋4H＋；電解池中陰極得到電子，發(fā)生還原反應(yīng)，則陰極是溶液中的氫離子放電產(chǎn)生氫氣。當(dāng)陰極產(chǎn)生4.48L（標(biāo)況）氫氣，其物質(zhì)的量是0.2mol，轉(zhuǎn)移0.2mol×2＝0.4mol電子，所以根據(jù)電子守恒可知，陽極生成二氧化錳的物質(zhì)的量是0.2mol，則MnO2的理論產(chǎn)量為0.2mol×87g/mol＝17.4g。

（4）錳的三種難溶化合物的溶度積：Ksp(MnCO3)＝1.8×10－11，Ksp[Mn(OH)2]＝1.9×10－13，Ksp(MnS)＝2.0×10－13，由于碳酸錳與硫化錳的組成特點(diǎn)相似，因此溶液中的錳離子濃度與溶度積常數(shù)成正比，即溶度積常數(shù)越大，錳離子濃度越大，所以Mn2＋濃度是MnCO3＞MnS。根據(jù)溶度積常數(shù)可知，碳酸錳和氫氧化錳溶液中Mn2＋濃度分別為、，顯然前者小于后者，所以上述三種難溶物的飽和溶液中，Mn2＋濃度由大到小的順序是Mn(OH)2＞MnCO3＞MnS。