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【题目】以菱锰矿(主要成分MnCO3,还含有FeCO3CaCO3SiO2Al2O3Fe2O3MgCO3等杂质)为原料制备二氧化锰的工艺流程如下:

已知草酸钙、草酸镁不溶于水。

(1)写出氧化时发生反应的离子方程式:__________________________________________

(2)“中和的目的是将铁、铝元素转化为沉淀除去,化合物X可用______________________(写一种物质的化学式)

(3)该工艺流程中固体1和固体2均需用水洗涤,目的是______________________

(4)“除杂时,除去的金属离子有______________________________________

(5) 该流程中可以循环使用的物质有________

(6)电解过程中MnO2 ______(填“阴”或“阳”)极生成。

【答案】MnO22Fe24H=Mn2 2Fe32H2O CaCO3(MnCO3等合理答案均可) 用水洗涤滤渣,洗出液用于酸浸工序,提高锰的回收率(或用水洗涤滤渣,洗出液循环利用,提高锰的回收率等合理答案均可) Ca2Mg2 H2SO4MnO2

【解析】

菱锰矿粉加入硫酸酸浸,得到亚铁离子、铁离子、钙离子、铝离子、镁离子的溶液,加入二氧化锰,将亚铁离子氧化成铁离子,加入化合物X中和硫酸,中和的目的是将铁、铝元素转化为沉淀除去,为了不引入新的杂质,结合实验目的,X可以为碳酸锰等;得到氢氧化铁和氢氧化铝的沉淀,加入草酸盐,得到草酸钙和草酸镁的沉淀和硫酸锰的溶液,通过电解硫酸锰溶液,最终得到产品二氧化锰和硫酸,据此分析解答。

(1)酸浸后,溶液中含有亚铁离子,亚铁离子能被二氧化锰氧化,得到三价铁离子和二价锰离子,故反应的离子方程式为MnO2+2Fe2++4H+=Mn2++2Fe3++2H2O,故答案为:MnO2+2Fe2++4H+=Mn2++2Fe3++2H2O

(2)中和的目的是将铁离子与铝离子转化成沉淀,过滤除去,在此过程中,要除去杂质又不能引入新的杂质,阳离子为锰离子、钙离子、镁离子,故化合物X可以为MnCO3CaCO3等,故答案为:MnCO3CaCO3等;

(3)过滤得到的沉淀表面含有滤液中的离子,因此,在流程中要用水洗涤滤渣,洗出液可用于回收,或利用在酸浸操作,加大物质的利用率,提高锰的回收率,故答案为:用水洗涤滤渣,洗出液用于酸浸工序,提高锰的回收率;

(4)已知草酸钙、草酸镁不溶于水,则除杂时除去的就是Ca2+Mg2+,故答案为:Ca2+Mg2+

(5)硫酸锰电解生成二氧化锰和硫酸,酸浸操作要用到硫酸,氧化过程用到二氧化锰,故该流程中可以循环使用的物质有H2SO4MnO2,故答案为:H2SO4MnO2

(6)根据电解原理,阳极发生氧化反应,阴极发生还原反应,锰离子失去电子转化为二氧化锰,发生氧化反应,应该在阳极上发生,故答案为:阳。

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容器

反应物投入量

1 mol N2

3 mol H2

2 mol NH3

4 mol NH3

NH3的浓

/mol·L1

c1

c2

c3

反应的能量变化

放出a kJ

吸收b kJ

吸收c kJ

体系压强(Pa)

p1

p2

p3

反应物转化率

α1

α2

α3

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