2025届高三化学一轮复习 “锰”将如云，直击高考 ——工业流程问题

“锰”将如云,直击高考 1.锰单质 块状锰是呈灰色,是一种较活泼的金属,在空气中金属锰的表面被一层褐色的氧化膜所覆盖,甚至与冷的浓硝酸也形成强的氧化膜,所以呈化学惰性。 2.锰及其化合物 锰元素的常见价态有+7、+6、+4、+3、+2价,Mn2+在酸性溶液中的稳定性强于在碱性溶液中的稳定性。 (1)锰(II)化合物的性质 ①酸性介质:酸性介质中Mn2+稳定,只有很强的氧化剂(NaBiO3、PbO2、(NH4)2S2O8)才能氧化Mn2+到MnO 2Mn2++5NaBiO3+14H+===5Na++5Bi3++2MnO+7H2O、 2Mn2++5PbO2+4H+===2MnO+5Pb2++2H2O 2Mn2+ + 5S2O82-+8H2O===2MnO+10SO+16H+ 【微点拨】①介质不能用盐酸,因为Cl-有还原性,能与MnO反应 ②Mn2+的量不能太多,否则:2MnO+3Mn2++2H2O===5MnO2 +4H+ ②碱性介质:碱性Mn(II)极易氧化成Mn(IV)化合物 a.在碱性条件下Mn2+容易被氧化:ClO-+Mn2++2OH-===Cl-+MnO2 +H2O b.Mn(OH)2为白色难溶物,Ksp=4.0 10-14,极易被空气氧化,水中少量氧气能将其氧化成褐色MnO(OH)2沉淀:2Mn(OH)2+O2===2MnO(OH)2 (2)锰(IV)化合物的性质 ①最重要的Mn(IV)化合物是MnO2,二氧化锰在中性介质中很稳定,在碱性介质中倾向于转化成锰( )酸盐;在酸性介质中是一种强氧化剂,倾向于转化成Mn2+ MnO2+4HCl(浓)MnCl2+Cl2 +2H2O 2MnO2+2H2SO4(浓)===2MnSO4+O2 +2H2O ②简单的Mn(IV)盐在水溶液中极不稳定,或水解生成水合二氧化锰MnO(OH)2,或在浓强酸中和水生成氧气和Mn(II) (3)Mn( )化合物的生成与性质 ①最重要的Mn(VI)化合物是锰酸钾K2MnO4。在熔融碱中MnO2被空气氧化生成K2MnO4 2MnO2+O2+4KOH2K2MnO4 (深绿色)+2H2O ②MnO存在于强碱性溶液中,在酸性、中性环境中均发生歧化反应 3MnO+2H2O===2MnO+MnO2 +4OH- 3MnO+4H+===2MnO+MnO2 +2H2O ③锰酸钾是制备高锰酸钾(KMnO4)的中间体:2MnO+2H2O===2MnO+2OH-+H2 (4)KMnO4的性质 ①热稳定性差,通常保存在棕色试剂瓶中:4KMnO4+2H2O4MnO2 +3O2 +4KOH ②在酸性介质中,MnO具有强氧化性,本身被还原为Mn2+:可以氧化Fe2+、Cl-、H2C2O4、H2O2等 MnO+5Fe2++8H+===Mn2++5Fe3++4H2O 2MnO+16H++10Cl-===2Mn2++5Cl2 +8H2O 2MnO+6H++5H2C2O4===2Mn2++10CO2 +8H2O 2MnO+6H++5H2O2===2Mn2++5O2 +8H2O ③在碱性、中性或微弱酸性溶液中,MnO仍旧是氧化剂,本身被还原为MnO2 2MnO+I-+H2O===2MnO2 +IO+2OH- ④在强碱性溶液中,当MnO过量时,还原产物是MnO 2MnO+SO+2OH-===2MnO+SO+H2O。 1.(福建省漳州市2025届高三上学期毕业班第一次检测(一模)化学试题)碳酸锰(MnCO3)是制造高性能磁性材料的主要原料。工业上可由天然二氧化锰粉与硫化锰矿(还含Fe、Al、Zn、Ni、Si等元素)制备,工艺如图所示。 已知:①25 时,Ksp(ZnS)=2.9 10-25,Ksp(NiS)=1.0 10-21; ②相关金属离子[c0(Mn+)=0.1mol•L-1]形成氢氧化物沉淀的pH范围如表: 金属离子Mn+ Al3+ Fe3+ Fe2+ Zn2+ Ni2+ Mn2+ 开始沉淀的pH 3.4 1.5 6.3 6.2 6.9 8.1 沉淀完全的pH 4.7 2.8 8.3 8.2 8.9 10.1 回答下列问题: (1)基态锰原子的价电子排布式为 ,CO的空间构型为 。 (2)硫化锰矿预先粉碎的目的是 。 (3)“氧化”中MnO2将Fe2+氧化成Fe3+的离子方程式为 。 (4)“调pH”除铁、铝元素,溶液的pH范围应调节为: ≤pH<6.2,滤渣2的主要成分是 (填化学式)。 (5)“除杂”的目的是除去Zn2+和Ni2+,若“除杂”后滤液中c(Ni2+)=1.0 10-5mol•L-1,则c(Zn2+)= mol•L-1。 (6)“沉锰”中发生反应的离子方程式为 。 (7)锰可与CO形成金属羰基配合物Mn2(CO)10(熔点154 )。其结构如图所示。则Mn2(CO)10晶体中微粒间作用力有 (填标号)。 a.配位键 b.极性键 c.范德华力 d.离子键 2.(2024届名校联盟(T8联盟)高三下学期模拟信息(五)理科综合试题-高中化学)以银锰精矿(主要含)和氧化锰矿(主要含)为原料联合提取银、锰及的一种流程示意图如下: 已知:酸性条件下,的氧化性强于。 (1)“浸锰渣”含有S和,写出“浸锰”过程中,二氧化锰和硫化锰反应的化学方程式: 。 (2)“除杂”时,若溶液中,欲使溶液中浓度小于,需控制的范围为 (已知:室温下)。 (3)沉锰过程在为7.0条件下充分进行,反应温度对锰沉淀率的影响关系如图所示。沉锰反应中,锰沉淀率在左右达最大的原因是 。 (4)一种晶体的晶胞示意图如图1,晶胞的俯视图和正视图如图2。 ①图1中“”代表的是 (填“”或“O”),对应图2中的 (填“大球”或“小球”)。 ②该晶体的密度为 (用含有a、b及的代数式表示)。 (5)“浸银”时,使用过量和混合液作为浸出剂,将中的银以形式浸出并生成S。写出“浸银”反应的离子方程式: 。“沉银”过程中需要过量的铁粉作为还原剂,“沉银”后的滤液中,主要含有的阳离子有 。 3.(2024届宁夏石嘴山市大武口区石嘴山市第三中学高三下学期三模考试理综试题-高中化学)锰元素在一些有机物的氧化过程中会以中间体形式出现一种美丽的亮蓝色离子MnO(次锰酸根离子)。工业上可用低品位锰矿(主要成分MnO2,含Fe、Al、Ni等元素的杂质)与废FeSO4经过一系列转化得到高品位MnO2,同时继续制备次锰酸盐,流程如下: 物质 MnCO3 H2CO3 25 数值 Ksp=2.0 10-11 Ka1=4 10-7 Ka2=5 10-11 (1)次锰酸根离子MnO中Mn的化合价为 。 (2)“焙烧”过程中的氧化剂为 、 (填化学式)。 (3)“除铝”过程中的离子方程式为 。 (4)“滤渣2”的主要成分为 、 (填化学式)。 (5)“沉锰”时,Mn2+会转化为MnCO3.若常温下控制溶液pH=8,且最终c(HCO)=0.1 mol L-1,则此时溶液中c(Mn2+)= mol L-1。 (6)在“共熔”过程中,需要向煅烧后产生的MnO2固体中添加一定比例的NaNO3、NaOH,反应得到Na2MnO4及一种单质气体,则该反应的化学方程式为 。 4.(江西省重点中学盟校2024届高三第一次联考化学试卷)以银锰精矿(主要含Ag2S、MnS、FeS2)和氧化锰矿(主要含MnO2)为原料联合提取银和锰的一种流程示意图如下。 已知:①酸性条件下,MnO2的氧化性强于Fe3+。②Fe3+可以把部分Ag氧化为Ag+。 (1)“浸锰”过程是在H2SO4溶液中使矿石中的锰元素浸出,同时去除FeS2,有利于后续银的浸出:矿石中的银以Ag2S的形式残留于浸锰渣中。 ①“浸锰”过程中,发生反应,为提高浸取速率,可采取的措施 、 (举两例)。 ②在H2SO4溶液中,银锰精矿中的FeS2和氧化锰矿中的MnO2发生反应且产物均在浸锰液中,则该反应的离子方程式为 。 (2)室温下调节pH不低于 可完全除去杂质离子,(离子浓度小于10-5mol L-1认为完全去除,已知:,,。) (3)“浸银”时,有两种方式,①第一种可以使用过量的 、 (填化学式)和CaCl2的混合液作为浸出剂,将Ag2S中的银以[AgCl2]-形式浸出,此时的离子方程是。 ②第二种使用NaCN溶液同时通入O2作浸出剂,将Ag2S中的银以[Ag(CN)2]—形式浸出,此时离子的方程式为 。从节约环保的角度考虑,你认为方式 更好,(填“第一种”或“第二种”)理由是 、 。 (4)“沉银”过程中可以用过量的铁粉作为还原剂,铁粉可将[AgCl2]-还原为单质银,过量的铁粉还可以与铁离子发生反应;但也可以采用Zn粉作还原剂,那么采用Zn粉作还原剂有什么优势? 、 。 5.(2023年高考北京卷化学真题)以银锰精矿(主要含、、)和氧化锰矿(主要含)为原料联合提取银和锰的一种流程示意图如下。 已知:酸性条件下,的氧化性强于。 (1) “浸锰”过程是在溶液中使矿石中的锰元素浸出,同时去除,有利于后续银的浸出:矿石中的银以的形式残留于浸锰渣中。 ①“浸锰”过程中,发生反应,则可推断: (填“>”或“<”)。 ②在溶液中,银锰精矿中的和氧化锰矿中的发生反应,则浸锰液中主要的金属阳离子有 。 (2) “浸银”时,使用过量和的混合液作为浸出剂,将中的银以形式浸出。 ①将“浸银”反应的离子方程式补充完整: 。 ②结合平衡移动原理,解释浸出剂中的作用: 。 (3) “沉银”过程中需要过量的铁粉作为还原剂。 ①该步反应的离子方程式有 。 ②一定温度下,的沉淀率随反应时间的变化如图所示。解释分钟后的沉淀率逐渐减小的原因: 。 (4)结合“浸锰”过程,从两种矿石中各物质利用的角度,分析联合提取银和锰的优势: 。 6.(广东省2025届高三上学期8月部分学校摸底测试化学试题)四氧化三锰()是一种可用于生产锂离子电池正极材料的原料。以天然二氧化锰粉与硫化锰矿(还含Fe、Al、Mg、Zn、Ni、Si等元素)为原料制备高纯的工艺流程如图所示。 25 时,相关金属离子[]形成氢氧化物沉淀的pH范围如下表,当离子浓度小于时,则认为该离子沉淀完全了。 金属离子 开始沉淀的pH 8.1 6.3 1.5 8.9 6.2 6.9 沉淀完全的pH 10.1 8.3 2.8 10.9 8.2 8.9 回答下列问题: (1)“氧化”步骤的主要目的是 。 (2)“调pH”时溶液的pH范围应调节为4.7~6.2之间,据此可以得知:的 。 (3)“滤渣3”中主要有 。 (4)写出“沉锰”时的离子方程式: 。 (5)在“沉锰”时,可以额外添加适量氨水促进生成碳酸锰,请你从化学平衡移动的角度解释加入氨水的目的: 。 (6)Mn和O可以组成多种氧化物,其中一种氧化物的晶胞如图所示。 ①该晶体中Mn的配位数为 。 ②已知阿伏加德罗常数的值为,该晶体的密度 (用含a、b的代数式表示)。 7.(湖南省Flawless新高考联盟2024-2025学年高三上学期联考(二)化学试题)我国科学家研究和开发的锰氧化物分子筛(@MS)材料,可大大提升分子筛对含酚废水的处理能力。工业上可由二氧化锰粉末与硫化锰矿(含Fe,Al,Mg,Ni,Zn,Si等元素的硫化物或氧化物以及C和少量有机物)和4A级分子筛为原料制备该材料。 .高纯制备 注:滤渣1中无。 附:①一些相关物质的 物质 MnS NiS ZnS ②相关金属离子形成氢氧化物沉淀的pH 金属离子 开始沉淀 8.1 6.3 1.5 3.4 8.9 6.2 6.9 沉淀完全 10.1 8.3 2.8 4.7 10.9 8.2 8.9 (1)将MnS矿与粉进行“联合焙烧”的目的有 (答出1点即可);为了提高焙烧效率可采取的措施有 (答出2点即可),“尾气”中所含气体中除外还有 。 (2)“酸浸”时所得“滤渣1”的主要成分为 ;“除杂1”中“滤渣3”的主要成分为 。 (3)除杂2的目的是生成,从而除去。请通过计算解释选用可行的原因。 (4)沉锰过程中选用X为氨水和碳酸氢钠的混合溶液,请写出该过程的离子方程式 。 .@MS材料的制备 (5)将一定量的溶于蒸馏水中,加入预处理的分子筛和NaClO溶液,再加入和NaOH调节溶液pH为7.2,在室温下搅拌2h,反应结束后经过滤洗涤干燥得@MS材料。若发生反应的与NaClO物质的量之比为,则@MS中Mn的化合价为 。 .流程评价 (6)有同学认为此流程不适宜大规模工业生产,请从物质利用角度谈谈你的看法。 8.(山西省晋中市2024届高三下学期4月份大联考(二模)理科综合化学试题)锰可用于制造特种钢材,在汽车电池、高端装备制造、新材料等领域有广泛应用。二氧化锰广泛应用于电池、电子工业。以主要成分为的某锰矿(杂质为、等)为原料制备单质锰的一种流程如图所示: 已知:金属离子浓度的负对数与溶液的关系如图所示: 回答下列问题: (1)滤液中的溶质为、 (填化学式),“氧化除硫”过程中有红褐色固体生成,则参与反应的化学方程式为 。 (2)“酸浸氧化”过程被氧化的离子方程式为 。 (3)为何不通过调的方法将除去: ;已知若溶液中同时沉淀完全时,溶液中,则相同温度下, 。 (4)通过控制适当的反应条件,电解溶液时,既可得到也可得到,则生成单质时,应在 (填“阳极”或“阴极”)上放电;写出生成时的电极反应式: 。 (5)已知单质锰的立方晶胞结构如图所示: 则锰的配位数是 ;若锰原子半径为,阿伏加德罗常数值为,则单质锰的密度为 (用含的代数式表示)。 9.(安徽省淮南市2021届高三4月第二次模拟考试理综化学试题)工业上利用碳酸锰矿(主要成分为MnCO3,还含有Fe、Mg、Ca的碳酸盐、Cu、Ni、Al的氧化物及少量不溶杂质)制备硫酸锰,其工艺流程如下: 请回答下列问题: (1)“酸浸”中MnCO3溶解的离子方程式为 。为提高“酸浸”速率,下列措施不可行的是 (选填序号)。 A.升温 B.采用高压氧酸浸 C.使用98%的浓硫酸 D.将矿石粉碎成小块 (2)“除铝铁”步骤中加入MnO2发生反应的离子方程式为 。 (3)加入氨水调节pH与铝铁去除率、锰损失率的关系如图所示,则应调节的pH范围为 (选填序号)。 A.1~2 B.2~3 C.3~4 D.4~5 已知在此条件下Mn2+不会产生沉淀,推测锰元素损失的可能原因是 。 (4)“除铜镍”步骤可以加入硫化铵将Cu、Ni元素除去,其缺点是 。造成锰元素损失,产率下降。实际生产采用SDD代替。 (5)“结晶分离”步骤所得滤渣主要成分是 。 (6)为确定所得硫酸锰中含有的结晶水,称取纯化后的硫酸锰晶体8.45g,加热至完全脱去结晶水,固体减重0.9g,则该硫酸锰晶体的化学式为 。 10.(化学(北京卷01)-2024年高考押题预测卷) 四氧化三锰()是一种可用于生产锂离子电池正极材料的原料。以天然二氧化锰粉与硫化锰矿(还含等元素)为原料制备高纯的工艺流程如下图所示。 该工艺条件下,相关金属离子形成氢氧化物沉淀的范围如下表: 金属离子 开始沉淀的 8.1 6.3 1.5 3.4 8.9 6.2 6.9 沉淀完全的 10.1 8.3 2.8 4.7 10.9 8.2 8.9 回答下列问题: (1)“氧化”中添加适量的的作用是 。(用离子方程式表示) (2)“滤渣2”中主要有 ,“调”时溶液的范围应调节为 ~6.2之间。 (3)“除杂2”的目的是生成,沉淀除去。若溶液酸度过高,会导致 。 (4)常温下,利用表格中的数据,计算 。(已知) (5)和氨水混合在下得到的的产率最高。若继续升高温度,会导致产率降低,原因可能是 。 (6)在“沉锰”时,可用尿素代替,同时控制温度在,写出尿素“沉锰”反应的离子方程式: 。 11.(广西南宁市2024届高三毕业班第一次适应性测试(一模)化学试题)四氧化三锰()广泛应用于软磁材料、电池材料等制备领域。一种以低品位锰矿(含、、MnOOH及少量、、)为原料生产的工艺流程如下: 已知: ① ②已知:25 时相关物质的见表 ③当时,开始溶解 物质 回答下列问题: (1)Mn元素在周期表中的 区,从核外电子排布的角度,稳定性Mn( ) Mn( )(填“>”或“<”)。 (2)“溶浸”过程中,可用 (填标号)代替,理由是 。 A.盐酸 B.硫酸 C.硝酸 (3)加入调节时,杂质离子是否能完全沉淀 (填“是”或“否”),此时“滤渣2”的主要成分是 。(溶液中离子浓度视为完全沉淀) (4)“沉锰”步骤中,杂质含量直接影响的品位,实验测得温度对中硫酸根含量的影响如图所示,实际生产中综合考虑选择50 为宜,不选择更高温度的原因是 。“母液”中,能转换成可循环利用的物质是 。 (5)科学研究中发现是制备电池正极材料的优质原料,该电极在电池放电过程中转化为,写出正极放电时的电极反应式 。 12.(甘肃省张掖市某重点校2023-2024学年高三下学期模拟考化学试题)我国锰矿资源主要为贫碳酸锰矿(主要成分为,还含有少量、、、、、),利用贫碳酸锰矿制取的流程如图所示,回答下列问题。 已知:,。 (1)中锰元素的价态有+2价和+3价,则下列表示组成的式子正确的是_(填标号)。 A. B. C. D. (2)“滤渣1”的主要成分是 (填化学式)。 (3)“氧化”的目的是将转化为,写出发生反应的离子方程式 ,检测是否完全氧化的试剂是 (写试剂名称)。 (4)“除钙镁”后的滤液中 。 (5)“碳化”过程需要加热,但温度不能太高,试分析温度不能太高的原因 。 (6)“焙烧”过程中随温度不同生成的锰的氧化物也不同。图中A点对应的氧化物是 ,为了获得,需要加热到 (已知:A、B、C三点对应的物质均为纯净氧化物)。 13.(四川省成都市郫都区2025届高三上学期阶段性检测(一)化学试题)菱锰矿主要成分为、、和少量,一种利用该矿石制取高纯二氧化锰的工艺流程如图所示: 已知:常温下,的,;。回答下列问题: (1)“研磨”的目的是 。 (2)“氯化焙烧”时发生的主要反应的化学方程式为 。 (3)分析下列图1、图2、图3,氯化铵焙烧菱锰矿的最佳条件是:焙烧温度为 、氯化铵与锰矿粉的质量之比为 、焙烧时间为 。 (4)“浸出”后的浸渣的主要成分有铁的氧化物、、 (填化学式)。 (5)若“沉锰"后所得滤液中、,此时溶液中 (保留2位有效数字)。 (6)检验“沉锰”后得到的沉淀洗涤干净的方法是 。 (7)氧化焙烧是在空气中进行,写出“氧化焙烧”反应的化学方程式: 。 (8)请从流程经济效益角度出发,提出一个充分利用气体A和气体B的方案: 。 14.(2024届陕西省宝鸡市高三下学期三模考试理科综合试题-高中化学)四氧化三锰()是一种可用于生产锂离子电池正极材料的原料。以天然二氧化锰粉与硫化锰矿(还含Fe、Al、Mg、Zn、Ni、Si等元素)为原料制备高纯的工艺流程如下图所示。 该工艺条件下,相关金属离子[]形成氢氧化物沉淀的pH范围如下表: 金属离子 开始沉淀的pH 8.1 6.3 1.5 3.4 8.9 6.2 6.9 沉淀完全的pH 10.1 8.3 2.8 4.7 10.9 8.2 8.9 回答下列问题: (1)“氧化”中添加适量的的作用是 (用离子方程式表示)。 (2)“除杂1”的目的是除去、等杂质离子,则“滤渣3”中主要有 ,“调pH”时溶液的pH范围应调节为 之间。 (3)“除杂2”的目的是生成沉淀除去,若溶液酸度过高,会导致 。 (4))常温下,利用表格中的数据,计算 (已知)。 (5)在“沉锰”时,可用尿素[]代替,同时控制温度在115~120 ,写出尿素“沉锰”反应的离子方程式 。 (6)和氨水混合在80 下得到的的产率最高,若继续升高温度,会导致产率降低,原因可能是 。 15.(2024届山西省太原市高三高三下学期一模理综试卷-高中化学)四氧化三锰()是一种可用于生产锂离子电池正极材料的原料。以天然二氧化锰粉与硫化锰矿(还含等元素)为原料制备高纯的工艺流程如下图所示。 该工艺条件下,相关金属离子形成氢氧化物沉淀的范围如下表: 金属离子 开始沉淀的 8.1 6.3 1.5 3.4 8.9 6.2 6.9 沉淀完全的 10.1 8.3 2.8 4.7 10.9 8.2 8.9 回答下列问题: (1)“氧化”中添加适量的的作用是 。(用离子方程式表示) (2)“滤渣2”中主要有 ,“调”时溶液的范围应调节为 ~6.2之间。 (3)“除杂2”的目的是生成,沉淀除去。若溶液酸度过高,会导致 。 (4)常温下,利用表格中的数据,计算 。(已知) (5)和氨水混合在下得到的的产率最高。若继续升高温度,会导致产率降低,原因可能是 。 (6)在“沉锰”时,可用尿素代替,同时控制温度在,写出尿素“沉锰”反应的离子方程式: 。 (7)金属晶体中的原子堆积方式如图所示,六棱柱底边边长为,高为,阿伏加德罗常数的值为,的相对原子质量为M,则晶体的密度为 (已知,列出计算式即可)。 16.(四川省泸州市2023届高三下学期第二次教学质量诊断性考试理综化学试题)四氧化三锰是电子工业生产锰锌铁氧体软磁材料的重要原料。以碳酸锰矿(主要成分为MnCO3,还含有少量FeCO3、Al2O3、MgO和SiO2等杂质)为原料制备高品位四氧化三锰的一种工艺流程如下: 已知:①0.01mol/L金属离子生成氢氧化物沉淀的pH见表中数据: 金属离子 Al3+ Fe3+ Fe2+ Mg2+ Mn2+ 开始沉淀 4.1 2.2 7.5 9.6 8.8 完全沉淀 5.4 3.2 9.5 / / ②Ksp(MgF2)=7.4 10-1l;Ksp(MnF2)=5.6 10-3 回答下列问题: (1)提高“酸浸”效果的方法有 、 (任写两种)。 (2)“氧化1”步骤中,氧化剂a可选用MnO2,发生反应的离子方程式为 ,为了检验氧化是否完全可选用的试剂是 (写化学式)。 (3)“沉铁铝”步骤中,调节pH的范围为 。 (4)“沉镁”步骤中,沉淀转化反应的平衡常数K值等于 。 (5)“沉锰”步骤中,杂质含量直接影响四氧化三锰的品位,实验测得温度对四氧化三锰中硫酸根含量的影响如图所示。实际生产中综合考虑选择50 C为宜,不选择更高温度的原因是 。 (6)“氧化2”步骤中发生反应的化学方程式为 。 试卷第1页,共3页 试卷第1页,共3页 学科网(北京)股份有限公司 参考答案: 1.(1) 3d54s2 平面三角形 (2)增大接触面积,加快溶浸速率 (3)MnO2+2Fe2++4H+=Mn2++2Fe3++2H2O (4) 4.7 Fe(OH)3、Al(OH)3 (5)2.9 10-9 (6)Mn2++2HCO=MnCO3 +CO2 +H2O (7)abc 【分析】硫化锰矿(还含Fe、Al、Zn、Ni、Si等元),MnS矿和MnO2粉加入稀硫酸,MnO2具有氧化性,二者发生氧化还原反应生成MnSO4、S,同时溶液中还有难溶性的SiO2及难溶性的硅酸盐,所以得到的滤渣1为SiO2和S和难溶性的硅酸盐;然后向滤液中加入MnO2,将还原性离子Fe2+氧化生成Fe3+,再向溶液中加入氨水调节溶液的pH除铁和铝,所以滤渣2为Fe(OH)3、Al(OH)3;根据流程图,结合表格数据,加入的Na2S和Zn2+、Ni2+反应生成硫化物沉淀,“除杂”的目的是除去Zn2+和Ni2+,所以滤渣3为NiS和ZnS;最后向滤液中加入碳酸氢铵得到MnCO3沉淀,用稀硫酸溶解沉淀MnCO3得到硫酸锰,据此 【详解】(1)锰为25号元素,基态锰原子的价电子排布式为:3d54s2;中心原子价电子对数为:,为sp2杂化,没有孤电子对,则其空间构型为:平面三角形; (2)硫化锰矿预先粉碎的目的是增大接触面积,加快溶浸速率; (3)“氧化”中MnO2将Fe2+氧化成Fe3+的离子方程式为:MnO2+2Fe2++4H+=Mn2++2Fe3++2H2O; (4)“调pH”除铁、铝元素,溶液的pH应该大于这两种离子完全沉淀所需pH且小于其它离子生成沉淀的pH值,在pH=4.7时Fe3+和Al3+沉淀完全,在pH=6.2时Zn2+开始产生沉淀,为了只得到氢氧化铝和氢氧化铁沉淀,需要溶液的pH范围为:4.7≤pH<6.2;由分析可知,滤渣2为Fe(OH)3、Al(OH)3 (5)根据Ksp(NiS)=1.0 10-21,若“除杂”后滤液中c(Ni2+)=1.0 10-5mol•L-1,则,Ksp(ZnS)=2.9 10-25,则; (6)锰离子和碳酸氢根离子反应生成碳酸锰沉淀,促进碳酸氢根的电离,使溶液酸性增强,继而氢离子和碳酸氢根反应生成水、二氧化碳,离子方程式为:; (7)由结构式可知,则Mn2(CO)10晶体中微粒间作用力有C-O极性键、CO与Mn形成配位键、Mn与Mn之间存在金属键,分子之间存在范德华力,故答案为:abc。 2.(1) (2)3.16<pH<7.5 (3)温度低于沉锰得速率慢,温度高于,分解,沉锰率降低 (4) O 小球 (5) 【分析】根据题干信息分析可知:原料为银锰精矿(主要成分Ag2S、MnS、FeS2)和氧化锰矿(主要成分MnO2),目标产物为Ag粉、锰及。流程图中有两条流程主线,一条以银元素为主元素转化,银锰精矿和氧化锰矿通过硫酸浸锰,主要发生和,Ag2S不反应,作为浸锰渣进行浸银环节,、HCl和混合液作为浸银流程的浸出剂,得到浸银液(主要成分和杂质Fe3+及Ca2+),在浸银液中加入过量铁粉使转化为Ag得到粗银粉;另一条以锰元素为主元素,MnS、 中锰元素转化为MnSO4(杂质为)进入浸锰液,加入氨水,调节pH值,将生成沉淀除去,在家去碳酸氢铵溶液进行沉锰,将锰离子转化成碳酸锰沉淀,再加入硫酸得到纯净的硫酸锰,经典姐得到锰和,据此回答。 【详解】(1)由分析得,“浸锰”过程中,二氧化锰和硫化锰反应的化学方程式为; (2)“除杂”时,若溶液中,欲使溶液中浓度小于,,,故锰离子不生成沉淀得pH<7.5,,故Fe3+符合题意的pH>14-10.84=3.16,故需控制的范围为3.16<pH<7.5; (3)沉锰过程在为7.0条件下充分进行,反应温度对锰沉淀率的影响关系如图所示。沉锰反应中,锰沉淀率在左右达最大的原因是:温度低于沉锰得速率慢,温度高于,分解,沉锰率降低; (4) ①由图1知,晶胞中黑球共有,共有,由化学式可知,代表O,对应图2中的小球;②该晶胞得密度为; (5)由于“浸银”时,使用过量和混合液作为浸出剂,将中的银以形式浸出并生成S,“浸银”反应的离子方程式;“沉银”过程中需要过量的铁粉作为还原剂,发生反应得离子方程式为,故滤液中得阳离子主要为。 3.(1)+5 (2) MnO2 O2 (3) (4) NiS BaSO4 (5) (6) 【分析】低品位锰矿与空气中的氧气和硫酸亚铁共同焙烧,得到氧化铁和硫酸锰及其他杂质,浸出得到主要含硫酸锰溶质的溶液,加入氨水除去铝离子,加入硫化钡除去镍离子,再用沉淀剂使锰离子沉淀为碳酸锰,通过煅烧、共熔、酸化还原,最终得到次锰酸根离子的溶液。 【详解】(1)氧元素的化合价为-2,则根据化合价计算规则,得到Mn的化合价为+5价。 (2)低品位锰矿中主要成分为MnO2,而最后浸出液中变成了硫酸锰,锰元素化合价降低被还原,且焙烧过程伴随着燃烧过程,所以“焙烧”过程中的氧化剂为MnO2和O2。 (3)氨水会和铝离子反应生成氢氧化铝沉淀,除去铝离子,离子方程式为:。 (4)加入BaS溶液,硫离子会和镍离子生成硫化镍沉淀,钡离子会和硫酸根生成硫酸钡沉淀,所以“滤渣2”的主要成分为NiS和BaSO4。 (5)根据碳酸的二级电离平衡常数Ka2==5 10-11,且此时溶液中,c(HCO)=0.1 mol L-1,pH=8,即c(H+)=1 10-8mol L-1,带入平衡常数计算公式,可得c(CO)=510-4mol L-1,则此时溶液中。 (6)根据元素守恒,生成的一种单质气体应为氮气,还会生成水,所以MnO2和一定比例的NaNO3、NaOH,反应得到Na2MnO4、N2和水,根据氧化还原规律配平,可得化学方程式为:。 4.(1) 将银锰精矿和氧化锰矿粉粹 适当升高温度 (2)3 (3) FeCl3 HCl 第一种 理由是第一种方式中浸锰液中生成的Fe3+还可以用于浸银,节约氧化剂 第二种方式中CN-会水解生成HCN,HCN有剧毒 (4) 置换速度更快 银回收率更高 【分析】“浸锰”过程是在H2SO4溶液中使矿石中的锰元素浸出,同时去除FeS2,有利于后续银的浸出,发生反应主要为,矿石中的银以Ag2S的形式残留于浸锰渣中,并利用FeCl3发生浸银,“沉银”过程中可以用过量的活泼金属作为还原剂,可将[AgCl2]-还原为单质银。 【详解】(1)为提高浸取速率,可采取的措施将银锰精矿和氧化锰矿粉粹或适当升高温度。在H2SO4溶液中,银锰精矿中的FeS2和氧化锰矿中的MnO2发生反应且产物均在浸锰液中,MnO2为氧化剂被还原为,FeS2被氧化为溶于水的Fe3+和硫酸根,则该反应的离子方程式为。 (2) 室温下调节pH主要是为了除去Fe3+,当Fe3+浓度小于10-5mol L-1认为完全去除,此时,得,由此可知pH=3,故室温下调节pH不低于3可完全除去杂质离子。 (3)“浸银”时,可以使用过量的FeCl3发生将Ag2S中的银以[AgCl2]-形式浸出,并利用盐酸促进平衡正向移动同时抑制铁离子水解。使用NaCN溶液同时通入O2作浸出剂,将Ag2S中的银以[Ag(CN)2]—形式浸出,此时离子的方程式为。第一种方式中浸锰液中生成的Fe3+还可以用于浸银,节约氧化剂且第二种方式中CN-会水解生成HCN,HCN有剧毒,故第一种方式更好。 (4)采用Zn粉作还原剂置换速度更快且银回收率更高。 5.(1) > 、 (2) 是为了与电离出的结合生成,使平衡正向移动,提高的浸出率;是为了抑制水解,防止生成沉淀 (3) 、 被氧气氧化为,把氧化为 (4)可将两种矿石中的锰元素同时提取到浸锰液中,得到,同时将银元素和锰元素分离开;生成的还可以用于浸银,节约氧化剂 【分析】银锰精矿(主要含、、)和氧化锰矿(主要含)混合加溶液,使矿石中的锰元素浸出,同时去除,矿石中的银以的形式残留于浸锰渣中,浸锰液中主要的金属阳离子有、;浸锰渣中与过量和的混合液反应,将中的银以形式浸出,用铁粉把还原为金属银。 【详解】(1)①“浸锰”过程中,矿石中的银以的形式残留于浸锰渣中,发生反应,硫化锰溶于强酸而硫化银不溶于强酸,则可推断:>; ②根据信息,在溶液中二氧化锰可将氧化为,自身被还原为,则浸锰液中主要的金属阳离子有、。 (2)①中S元素化合价升高,Fe元素化合价降低,根据得失电子守恒、元素守恒,该离子方程式为; ②是为了与电离出的结合生成,使平衡正向移动,提高的浸出率;是为了抑制水解,防止生成沉淀。 (3)①铁粉可将还原为单质银,过量的铁粉还可以与铁离子发生反应,因此离子方程式为、; ②溶液中生成的会被空气中的氧气缓慢氧化为,把部分氧化为,因此后银的沉淀率逐渐降低。 (4)联合提取银和锰的优势在于“浸锰”过程可将两种矿石中的锰元素同时提取到浸锰液中,将银元素和锰元素分离开,利用的氧化性将中的氧化为,同时生成的还可以用于浸银,节约氧化剂,同时得到。 6.(1)把氧化成为,使铁元素能够在调pH时完全被除去 (2) (3)ZnS、NiS (4) (5)“沉锰”时加入碳酸氢铵以生成,发生反应,该过程中加入氨水可消耗氢离子,促进正向移动(合理表述均可) (6) 6 【分析】硫化锰矿(还含Fe、Al、Mg、Zn、Ni、Si等元素),MnS矿和MnO2粉加入稀硫酸,MnO2具有氧化性,二者发生氧化还原反应生成MnSO4、S,同时溶液中还有难溶性的SiO2(或不溶性硅盐),所以得到的滤渣1为S和SiO2(或不溶性硅盐);然后向滤液中加入MnO2,将还原性离子Fe2+氧化生成Fe3+,再向溶液中加入氨水调节溶液的pH除铁和铝,所以滤渣2为Al(OH)3、Fe(OH)3,加入的Na2S和Zn2+、Ni2+反应生成硫化物沉淀,所以滤渣3为NiS和ZnS,所得滤液中继续加入MnF2生成MgF2沉淀除去Mg2+,所以滤渣4为MgF2,最后向滤液中加入碳酸氢铵得到MnCO3沉淀,用稀硫酸溶解沉淀得到硫酸锰,硫酸锰与氨水反应得氢氧化锰,氢氧化锰再空气中加热得四氧化三锰。 【详解】(1)“氧化”步骤的主要目的是:把氧化成为,使铁元素能够在调pH时完全被除去。 (2)根据分析,“滤渣2”中主要有Al(OH)3、Fe(OH)3,“调pH”时溶液的pH范围应调节为4.7~6.2之间,由表中数据可知pH在2.8时,Fe3+沉淀完全,则pH在4.7时,Al3+沉淀完全,因此的。 (3)根据分析可知,“滤渣3”中主要有ZnS、NiS。 (4)“沉锰”时得到碳酸锰沉淀,离子方程式:。 (5)在“沉锰”时,可以额外添加适量氨水促进生成碳酸锰,是由于:“沉锰”时加入碳酸氢铵以生成,发生反应,该过程中加入氨水可消耗氢离子,促进正向移动。 (6)①由晶胞结构可知,每个锰原子被6个氧原子包围,因此Mn的配位数为6; ②锰离子的个数为:,氧离子的个数为:,该锰氧化物的化学式为MnO2,阿伏加德罗常数为,每个晶胞中含有2个MnO2,则该晶体的密度为。 7.(1) 使金属硫化物转变为金属氧化物,使MnS与反应生成MnO,使C及有机物转化为CO2气体而除去 将MnS矿粉碎,适当提高焙烧温度,增大O2通入量等 SO2、CO2和CO (2) SiO2 NiS和ZnS (3)MnF2(s)+Mg2+(aq) MgF2(s)+Mn2+(aq)的平衡常数=9.2 106>105,Mg2+可完全转化为MgF2沉淀 (4)Mn2++2HCO=MnCO3 +CO2 +H2O (5)+6 (6)①大规模生产,过程中会产生二氧化硫而污染环境同时生成NiS和ZnS难以分离,回收利用价值低;②除杂1也会造成部分MnS沉淀造成物质利用率低下 【分析】 二氧化锰粉末与硫化锰矿(含Fe,Al,Mg,Ni,Zn,Si等元素的硫化物或氧化物以及C和少量有机物)在氧气作用下联合焙烧,除去有机物,金属与非金属均生成氧化物,在硫酸中酸浸,SiO2不溶于硫酸,过滤,滤渣1含有S和SiO2,滤液含有Mn2+、Fe2+、Fe3+、Al3+、Mg2+、Zn2+、Ni2+,加入H2O2将Fe2+氧化为Fe3+,加入氨水调节pH在4.7~6之间,除去Fe3+、Al3+,滤渣2为Fe(OH)3、Al(OH)3,滤液中加入Na2S除去Zn2+和Ni2+,“滤渣3”的主要成分是NiS和ZnS,加入MnF2生成MgF2沉淀除去Mg2+,滤渣4为MgF2,滤液主要含有Mn2+,加入碳酸氢钠发生反应:Mn2++2HCO=MnCO3 +CO2 +H2O,用硫酸溶解碳酸锰得到产品硫酸锰,据此解答。 【详解】(1)将MnS矿与粉进行“联合焙烧”的目的有,使金属硫化物转变为金属氧化物,使MnS与反应生成MnO,使C及有机物转化为CO2气体而除去;为了提高焙烧效率可采取的措施有:将MnS矿粉碎,适当提高焙烧温度,增大O2通入量等;“尾气”中所含气体中除外,MnS产生的SO2,有机物产生的CO2和CO; (2)根据以上分析可知“滤渣1”含有SiO2;加入Na2S除去Zn2+和Ni2+,“滤渣3”的主要成分是NiS和ZnS; (3)根据方程式MnF2(s)+Mg2+(aq) MgF2(s)+Mn2+(aq)可知该反应的平衡常数≈9.2106>105,因此Mg2+可完全转化为MgF2沉淀,所以除杂时选择。 (4)“沉锰”时锰离子和碳酸氢根离子反应生成碳酸锰沉淀,同时还生成水、二氧化碳,离子方程式为:Mn2++2HCO=MnCO3 +CO2 +H2O (5)当与NaClO物质的量之比为1:2时,氯元素化合价从+1价降低到-1价,反应前Mn是+2价,所以根据电子得失守恒可知反应后Mn的价态是+(2 2+2)=+6。 (6)①大规模生产,过程中会产生二氧化硫而污染环境同时生成NiS和ZnS难以分离,回收利用价值低;②除杂1也会造成部分MnS沉淀造成物质利用率低下; 8.(1) (2) (3) 当沉淀完全时,也会形成沉淀 (4) 阴极 (5) 12 【分析】矿石中的能与溶液反应生成,“酸浸氧化”过程中,二价铁被氧化为,被还原为,调的方法将Fe3+、Cu2+除去,加入(NH4)2S除Ni2+,最后电解得到锰或二氧化锰。 【详解】(1)矿石中的能与溶液反应生成,故滤液中的溶质为NaOH、Na2SiO3;由图可知,硫化物中硫元素转化为单质硫,红褐色固体是,相应反应的化学方程式为。 (2)“酸浸氧化”过程中,二价铁被氧化为,被还原为,离子方程式为。 (3)由已知图可知,当沉淀完全时,也会形成沉淀,当同时形成沉淀时,溶液中存在、。 (4)转化为时发生还原反应,故在阴极上放电;转化为时发生氧化反应,电极反应式为。 (5)由图可知锰的配位数是12;由于面心上的原子与顶点上的原子相切,故面对角线长度为,设晶胞参数为,则,解得,晶胞体积为,由均摊法知,一个晶胞中含有4个锰原子,故晶胞的质量为,锰的密度为。 9. C D Al(OH)3、Fe(OH)3形成胶体吸附Mn2+ 可能生成MnS MgSO4、CaSO4 【分析】碳酸锰矿主要成分为MnCO3,还含有Fe、Mg、Ca的碳酸盐、Cu、Ni、Al的氧化物及少量不溶杂质,加入硫酸酸浸,生成硫酸锰、硫酸镁、硫酸铁、硫酸亚铁、硫酸钙、硫酸铜、硫酸镍、硫酸铝的混合溶液,过滤出溶渣,向溶液中加入MnO2把Fe2+氧化为Fe3+,加入氨水调节pH生成氢氧化铁、氢氧化铝沉淀,过滤出沉淀,向溶液中若加入(NH4)2S,可生成NiS、CuS沉淀,除铜、除镍,过滤后的溶液蒸发浓缩、结晶分离出硫酸钙、硫酸镁,继续蒸发浓缩、结晶形成硫酸锰晶体。 【详解】(1)“酸浸”中MnCO3与硫酸反应生成硫酸锰、二氧化碳、水,反应的离子方程式为。98%的浓硫酸中氢离子浓度小,使用98%的浓硫酸不能加快酸浸的速率,故选C; (2)“除铝铁”步骤中,加入MnO2把Fe2+氧化为Fe3+,发生反应的离子方程式为。 (3)根据加入氨水调节pH与铝铁去除率、锰损失率的关系图, pH范围为4~5 时,铝铁去除率高、锰损失率低,故选D;锰元素损失的原因可能是Al(OH)3、Fe(OH)3形成胶体吸附Mn2+; (4)“除铜镍”步骤可以加入硫化铵将Cu、Ni元素除去,其缺点是可能生成MnS沉淀,造成锰元素损失,产率下降。 (5)根据流程图, “结晶分离”步骤前的溶液中含有杂质MgSO4、CaSO4,所以“结晶分离”的滤渣主要成分是MgSO4、CaSO4; (6) 设硫酸锰晶体的化学式是,则,解得x=1,则该硫酸锰晶体的化学式为。 【点睛】本题以碳酸锰矿(主要成分为MnCO3,还含有Fe、Mg、Ca的碳酸盐、Cu、Ni、Al的氧化物及少量不溶杂质)制备硫酸锰,明确各步反应原理是解题关键,掌握常见混合物的分离,培养学生读图能力。 10.(1) (2) 、 4.7 (3)沉淀不完全 (4)12.8 (5)温度升高,导致氨水挥发或分解 (6) 【分析】硫化锰矿(还含Fe、Al、Mg、Zn、Ni、Si等元素),MnS矿和MnO2粉加入稀硫酸,MnO2具有氧化性,二者发生氧化还原反应生成MnSO4、S,同时溶液中还有难溶性的SiO2(或不溶性硅盐),所以得到的滤渣1为S和SiO2(或不溶性硅盐);然后向滤液中加入MnO2,将还原性离子Fe2+氧化生成Fe3+,再向溶液中加入氨水调节溶液的pH除铁和铝,所以滤渣2为Al(OH)3、Fe(OH)3,加入的Na2S和Zn2+、Ni2+反应生成硫化物沉淀,所以滤渣3为NiS和ZnS,所得滤液中继续加入MnF2生成MgF2沉淀除去Mg2+,所以滤渣4为MgF2,最后向滤液中加入碳酸氢铵得到MnCO3沉淀,用稀硫酸溶解沉淀得到硫酸锰,硫酸锰与氨水反应得氢氧化锰,氢氧化锰再空气中加热得四氧化三锰。 【详解】(1)“氧化”中添加适量的MnO2的作用是将Fe2+氧化为Fe3+,该反应的离子方程式为:MnO2+2Fe2++4H+=2Fe3++Mn2++2H2O; (2)根据分析,“滤渣2”中主要有Al(OH)3、Fe(OH)3, 由表中数据知pH在4.7时,Al3+和Fe3+沉淀完全,Zn2+在pH=6.2开始沉淀,故“调pH”时溶液的pH范围应调节为4.7~6.2之间; (3)“除杂2”的目的是生成MgF2沉淀除去Mg2+,溶液中存在MgF2的溶解平衡,如果溶液酸性较强,F-与H+结合形成弱电解质HF,使MgF2(s) Mg2++2F-平衡向右移动,导致镁离子沉淀不完全; (4)Mn2+开始沉淀的pH为8.1,即溶液中c(H+)=10-8.1mol/L,则溶液中c(OH-)=10-5.9mol/L,则Ksp[Mn(OH)2]=c(Mn2+)c2(OH-)=0.1 (10-5.9)2=10-12.8,则pKsp[Mn(OH)2]=12.8; (5)硫酸锰与氨水反应得氢氧化锰,温度过高,氨水挥发或分解,碱性不足,生成氢氧化锰不完全,导致Mn3O4产率降低; (6)尿素在115~120 C水解生成铵根和碳酸根,锰离子和碳酸氢离子生成了MnCO3沉淀,离子方程式为:Mn2++CO(NH2)2+2H2OMnCO3 +2; 11.(1) d > (2) B 盐酸中的可能被氧化为产生污染,具有氧化性,不利于的还原 (3) 是 、 (4) 50 后硫酸根含量减少的趋势较小,说明温度升高使氨水挥发或分解加快反而不利于反应 、 (5) 【分析】锰矿粉(含MnCO3、Mn2O3、MnOOH及少量Fe2O3、Al2O3、SiO2)加入NH4HSO4、H2O2溶浸,MnCO3、Mn2O3、MnOOH转化为Mn2+,Fe2O3、Al2O3转化为Fe3+、Al3+,SiO2不溶而成滤渣1;加入Mn(OH)2调节pH=5,此时Fe3+、Al3+转化为Fe(OH)3、Al(OH)3,成滤渣2;加入氨水沉锰,此时锰转化为Mn(OH)2、Mn2(OH)2SO4,通空气氧化,得到Mn3O4,据此回答。 【详解】(1)①Mn为25元素在周期表中的d区; ②Mn+的价电子为3d54s1,Mn2+的价电子为3d5,Mn2+的3d半满,能量低更稳定,所以稳定性Mn( )>Mn( ); (2)①“溶浸”过程中,NH4HSO4可用硫酸代替; ②盐酸中的Cl−可能被Mn3+氧化为Cl2产生污染,HNO3具有氧化性,不利于Mn3+的还原; (3)①pH = 5,c(H+)=10-5,<10 − 5,<10 − 5,杂质离子能完全沉淀; ②此时“滤渣2”的主要成分是Fe(OH)3、Al(OH)3; (4)①实际生产中综合考虑选择50 为宜,不选择更高温度的原因是50 后硫酸根含量减少的趋势较小,说明温度升高使氨水挥发或NH3 ⋅ H2O分解加快反而不利于反应; ②“母液”中,能转换成可循环利用的物质是NH4HSO4、NH3 ⋅ H2O; (5)①正极材料Li1−xMn2O4转化为LiMn2O4,正极放电时的电极反应式为:。 12.(1)B (2)、 (3) 铁氰化钾溶液 (4)0.7 (5)温度太高会导致分解,降低产率 (6) MnO2 770 【分析】碳酸锰矿加入稀硫酸酸浸,氧化钙和硫酸反应生成微溶物硫酸钙、二氧化硅不反应,过滤得到滤渣1,锰、铁、镁、铝元素进入溶液,加入二氧化锰把二价铁转化为三价铁,再加入碳酸钙调节pH,pH=5~7时,铁离子、铝离子转化为氢氧化铁、氢氧化铝沉淀,过滤得到滤渣2;加入氟化钠溶液生成氟化镁、氟化钙沉淀,过滤得到滤渣3;滤液中加入碳酸氢铵溶液得到碳酸锰沉淀,焙烧得到Mn3O4。 【详解】(1)根据正负化合价代数和为0可知,3个锰原子中有1个为+2价锰,2个为+3价锰,故答案为:B; (2)SiO2不溶于硫酸,CaO与H2SO4反应生成微溶性的CaSO4,所以“滤渣1”的主要成分是SiO2和CaSO4; (3)MnO2作氧化剂得电子转化为Mn2+,Fe2+失电子转化为Fe3+,反应的离子方程式为;检测Fe2+是否完全氧化,即检验溶液中是否有Fe2+剩余,因此可使用铁氰化钾溶液检验,无蓝色沉淀生成,则证明Fe2+完全氧化; (4)“除钙镁”后的滤液既是CaF2的饱和溶液,又是MgF2的饱和溶液,故溶液中存在如下关系:; (5)NH4HCO3不稳定,受热易分解,从而降低产率,所以加热时温度不能太高; (6)取1molMnCO3,其质量为115g,A点生成的锰的氧化物其质量为,该氧化物中含有1mol锰原子,其质量为55g,故氧原子的质量为,即氧原子的物质的量为2mol,故A点氧化物为MnO2;B点生成的锰的氧化物其质量为,该氧化物中含有1mol锰原子,其质量为55g,故氧原子的质量为,即氧原子的物质的量为,故B点氧化物为Mn3O4;C点生成的锰的氧化物其质量为,该氧化物中含有1mol锰原子,其质量为55g,故氧原子的质量为,即氧原子的物质的量为1mol,故C点氧化物为MnO,所以为了获得Mn3O4需要加热到770 。 13.(1)增大反应的接触面积,加快反应速率 (2)MnCO3+2NH4ClMnCl2+CO2+2NH3+H2O (3) 500 1.10 60min (4)SiO2 (5)0.048 (6)取少量最后一次洗涤液于试管中,滴加硝酸酸化的硝酸银溶液,若没有白色沉淀,说明沉淀洗涤干净 (7)2MnCO3+ O22MnO2+2CO2 (8)将得到的氨气和二氧化碳用于制备沉锰所需的NH4HCO3 【分析】菱镁矿研磨后加入氯化铵焙烧,发生反应MnCO3+2NH4ClMnCl2+CO2+2NH3+H2O,4FeCO3+O22Fe2O3+4CO2,加水“浸出”后的浸渣的主要成分有Fe2O3、CaMg(SiO3)2、SiO2,浸液中含有Mn2+,加入碳酸氢铵沉淀锰离子上得到碳酸锰,氧化焙烧后得到MnO2。 【详解】(1)“研磨”的目的是增大反应的接触面积,加快反应速率; (2)“氯化焙烧”时发生的主要反应的化学方程式为MnCO3+2NH4ClMnCl2+CO2+2NH3+H2O; (3)由图1、图2、图3可知,氯化铵焙烧菱锰矿的最佳条件是:焙烧温度为500 、氯化铵与锰矿粉的质量之比为1.10、焙烧时间为60min; (4)“浸出”后的浸渣的主要成分有铁的氧化物、CaMg(SiO3)2、SiO2; (5)当c(Mn2+)=10-5mol/L时,,由得,可求得; (6)“沉锰”后通过过滤、洗涤、干燥得到,检验沉淀已洗涤干净,主要是检验洗涤液中不含氯离子,其方法是取少量最后一次洗涤液于试管中,滴加硝酸酸化的硝酸银溶液,若没有白色沉淀,说明沉淀洗涤干净; (7)氧化焙烧是在空气中进行,写出“氧化焙烧”反应的化学方程式:2MnCO3+ O22MnO2+2CO2; (8)气体A和气体B是指CO2和NH3,可用于制备沉锰所需的NH4HCO3。 14.(1) (2) ZnS、NiS 4.7~6.2 (3)沉淀不完全 (4)12.8 (5) (6)温度升高,导致氨水挥发或分解 【分析】由题给流程可知,向天然二氧化锰粉与硫化锰矿中加入稀硫酸溶浸,金属元素转化为可溶的硫酸盐,硫元素转化为硫,二氧化硅与稀硫酸不反应,过滤得到含有硫、二氧化硅的滤渣和滤液;向滤液中加入二氧化锰,将溶液中的亚铁离子氧化为铁离子,向氧化液中加入氨水调节溶液pH在4.7~6.2范围内,将溶液中的铁离子、铝离子转化为氢氧化铁、氢氧化铝沉淀,过滤得到含有氢氧化铁、氢氧化铝的滤渣和滤液;向滤液中加入硫化钠溶液,将溶液中的锌离子、镍离子转化为硫化锌、硫化镍沉淀,过滤得到含有硫化锌、硫化镍的滤渣和滤液;向滤液中加入氟化锰,将溶液中的镁离子转化为氟化镁,过滤得到含有氟化镁的滤渣和滤液;向滤液中加入碳酸氢铵溶液,将溶液中的锰离子转化为碳酸锰沉淀,过滤得到碳酸锰;向碳酸锰溶于硫酸溶液得到的硫酸锰溶液中加入氨水得到氢氧化锰沉淀,氢氧化锰在空气中煅烧得到四氧化三锰。 【详解】(1)由分析可知,加入二氧化锰的目的是将溶液中的亚铁离子氧化为铁离子,反应的离子方程式为,故答案为:; (2)由分析可知,加入氨水调节溶液pH在4.7~6.2范围内的目的是将溶液中的铁离子、铝离子转化为氢氧化铁、氢氧化铝沉淀;加入硫化钠溶液的目的是将溶液中的锌离子、镍离子转化为硫化锌、硫化镍沉淀,则滤渣3的主要成分是硫化锌、硫化镍沉淀,故答案为:ZnS、NiS;4.7~6.2; (3)由分析可知,加入氟化锰的目的是将溶液中的镁离子转化为氟化镁,若溶液酸性较强,溶液中氢离子和氟离子会反应生成氢氟酸导致氟化镁溶解,或降低了氟离子的浓度不利于产生氟化镁沉淀,使得溶液中的镁离子不能完全沉淀除去,故答案为:沉淀不完全; (4)由表格数据可知,锰离子开始沉淀时溶液pH为8.1,则氢氧化锰的溶度积Ksp[Mn(OH)2]= c(Mn2+)c2(OH—)=0.1 (10—5.9)2=10—12.8,所以lgKsp[Mn(OH)2]=12.8,故答案为:12.8; (5)由题意可知,硫酸锰溶液与尿素溶液共热反应生成碳酸锰沉淀和硫酸铵,反应的离子方程式为,故答案为:; (6)氨水具有挥发性,受热易挥发和分解,所以硫酸锰溶液和氨水混合时,若温度过高,会导致氨水挥发或分解,使得产率降低,故答案为:温度升高,导致氨水挥发或分解。 15.(1) (2) 、 4.7 (3)沉淀不完全 (4)12.8 (5)温度升高,导致氨水挥发或分解 (6) (7) 【分析】硫化锰矿(还含Fe、Al、Mg、Zn、Ni、Si等元素),MnS矿和MnO2粉加入稀硫酸,MnO2具有氧化性,二者发生氧化还原反应生成MnSO4、S,同时溶液中还有难溶性的SiO2(或不溶性硅盐),所以得到的滤渣1为S和SiO2(或不溶性硅盐);然后向滤液中加入MnO2,将还原性离子Fe2+氧化生成Fe3+,再向溶液中加入氨水调节溶液的pH除铁和铝,所以滤渣2为Al(OH)3、Fe(OH)3,加入的Na2S和Zn2+、Ni2+反应生成硫化物沉淀,所以滤渣3为NiS和ZnS,所得滤液中继续加入MnF2生成MgF2沉淀除去Mg2+,所以滤渣4为MgF2,最后向滤液中加入碳酸氢铵得到MnCO3沉淀,用稀硫酸溶解沉淀得到硫酸锰,硫酸锰与氨水反应得氢氧化锰,氢氧化锰再空气中加热得四氧化三锰。 【详解】(1)“氧化”中添加适量的MnO2的作用是将Fe2+氧化为Fe3+,该反应的离子方程式为:MnO2+2Fe2++4H+=2Fe3++Mn2++2H2O; (2)根据分析,“滤渣2”中主要有Al(OH)3、Fe(OH)3, 由表中数据知pH在4.7时,Al3+和Fe3+沉淀完全,Zn2+在pH=6.2开始沉淀,故“调pH”时溶液的pH范围应调节为4.7~6.2之间; (3)“除杂2”的目的是生成MgF2沉淀除去Mg2+,溶液中存在MgF2的溶解平衡,如果溶液酸性较强,F-与H+结合形成弱电解质HF,使MgF2(s) Mg2++2F-平衡向右移动,导致镁离子沉淀不完全; (4)Mn2+开始沉淀的pH为8.1,即溶液中c(H+)=10-8.1mol/L,则溶液中c(OH-)=10-5.9mol/L,则Ksp[Mn(OH)2]=c(Mn2+)c2(OH-)=0.1 (10-5.9)2=10-12.8,则pKsp[Mn(OH)2]=12.8; (5)硫酸锰与氨水反应得氢氧化锰,温度过高,氨水挥发或分解,碱性不足,生成氢氧化锰不完全,导致Mn3O4产率降低; (6)尿素在115~120 C水解生成铵根和碳酸根,锰离子和碳酸氢离子生成了MnCO3沉淀,离子方程式为:Mn2++CO(NH2)2+2H2OMnCO3 +2; (7)金属Zn晶体六棱柱晶胞中含有锌原子数目为,一个晶胞体积为,故Zn晶体的密度为g⋅cm-3。 16.(1) 碳酸锰矿粉碎、搅拌 增大H+浓度、升高温度等 (2) 2Fe2++4H++MnO2=2Fe3++Mn2++2H2O K3[Fe(CN)6]溶液或KMnO4溶液 (3)5.4~8.8 (4)7.6 107 (5)50 C后含量减少的趋势较小、升高温度使NH3 H2O分解加快反而不利于反应 (6)6Mn(OH)2+O2=2Mn3O4+6H2O或6Mn2++12NH3 H2O+O2=2Mn3O4 +12+6H2O 【分析】碳酸锰矿(主要成分为MnCO3,还含有少量FeCO3、Al2O3、MgO和SiO2等杂质)中加入硫酸酸浸,矿石中只有SiO2不溶解,其它物质转化为FeSO4、MgSO4、Al2(SO4)3、MnSO4等;加入氧化剂a进行氧化1操作,此时Fe2+被氧化为Fe3+;加入试剂b沉铁铝,生成Al(OH)3、Fe(OH)3沉淀;过滤后往滤液中加入MnF2,将Mg2+转化为MgF2;过滤后,往滤液中加入氨水,生成Mn(OH)2沉淀,再通入O2,将Mn元素部分氧化,从而生成Mn3O4。 【详解】(1)通过增大接触面积、适当增大酸的浓度、升高温度等,都可提高“酸浸”效果,则提高“酸浸”的方法有:碳酸锰矿粉碎、搅拌、增大H+浓度、升高温度等。答案为:碳酸锰矿粉碎、搅拌;增大H+浓度、升高温度等; (2)“氧化1”步骤中,将Fe2+氧化为Fe3+,氧化剂a可选用MnO2,则发生反应生成Fe3+、Mn2+等,离子方程式为2Fe2++4H++MnO2=2Fe3++Mn2++2H2O,为了检验氧化是否完全,需检验Fe2+是否存在,可选用的试剂是:K3[Fe(CN)6]溶液或KMnO4溶液。答案为:2Fe2++4H++MnO2=2Fe3++Mn2++2H2O;K3[Fe(CN)6]溶液或KMnO4溶液; (3)从表中可以看出,pH≥5.4时,Fe3+、Al3+全部转化为沉淀,pH=8.8时,Mn2+开始沉淀,所以“沉铁铝”步骤中,调节pH的范围为5.4~8.8。答案为:5.4~8.8; (4)“沉镁”步骤中,沉淀转化反应为MnF2(s)+Mg2+(aq)MgF2(s)+Mn2+(aq)则平衡常数K==≈7.6 107。答案为:7.6 107; (5)从图中可以看出,“沉锰”步骤中,50 C以后,硫酸根含量变化很少,实际生产中综合考虑选择50 C为宜,不选择更高温度的原因是:50 C后含量减少的趋势较小、升高温度使NH3 H2O分解加快反而不利于反应。答案为:50 C后含量减少的趋势较小、升高温度使NH3 H2O分解加快反而不利于反应; (6)由分析可知,“氧化2”步骤中,Mn(OH)2被O2氧化为Mn3O4等,发生反应的化学方程式为6Mn(OH)2+O2=2Mn3O4+6H2O或6Mn2++12NH3 H2O+O2=2Mn3O4 +12+6H2O。答案为:6Mn(OH)2+O2=2Mn3O4+6H2O或6Mn2++12NH3 H2O+O2=2Mn3O4 +12+6H2O。 【点睛】检验Fe2+、Fe3+混合溶液中的Fe2+时,不能使用Cl2、KSCN溶液。 答案第1页,共2页 答案第1页,共2页 学科网(北京)股份有限公司 $$