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【题目】硫酸锰是一种重要的化工中间体,是锰行业研究的热点。一种以高硫锰矿(主要成分为含锰化合物及FeS)为原料制备硫酸锰的工艺流程如下:

已知:①“混合焙烧”后烧渣含MnSO4、Fe2O3及少量FeO、Al2O3、MgO。

②金属离子在水溶液中的平衡浓度与pH的关系如图所示(25℃):

③此实验条件下Mn2+开始沉淀的pH为7.54;离子浓度≤10-5mol·L-1时,离子沉淀完全。

请回答:

(1)传统工艺处理高硫锰矿时,不经“混合焙烧”,而是直接用H2SO4浸出,其缺点为___________

(2)“氧化”时,发生反应的离子方程式为_________________________________。若省略“氧化”步骤,造成的后果是_________________________________

(3)“中和除杂”时,生成沉淀的主要成分为______________________(填化学式)。

(4)“氟化除杂”时,若使溶液中的Mg2+和Ca2+沉淀完全,需维持c(F)不低于___________。(已知:Ksp(MgF2)=6.4×10-10;Ksp(CaF2)=3.6×10-12)

(5)“碳化结晶”时,发生反应的离子方程式为______________________

(6)“系列操作”指___________、过滤、洗涤、干燥

(7)用惰性电极电解MnSO4溶液可制备MnO2,电解过程中阳极的电极反应式为___________

【答案】产生硫化氢等气体,污染环境 MnO2+2Fe2++4H+=2Fe3++Mn2++2H2O Fe2+与Mn2+沉淀区有重叠,造成Mn2+损失(或Fe2+去除不完全,影响产品纯度) Fe(OH)3、Al(OH)3 8×10﹣3 molL﹣1 Mn2++2HCO3-=MnCO3↓+CO2↑+H2O 蒸发浓缩、冷却结晶 Mn2++2H2O﹣2e=MnO2+4H+

【解析】

高硫锰矿(主要成分为含锰化合物及FeS)与氧化锰矿混合焙烧,得到MnSO4Fe2O3及少量FeOAl2O3MgO,加入硫酸,得到Mn2+Fe2+Fe3+Mg2+Al3+的酸性溶液,加入二氧化锰将亚铁离子氧化为铁离子便于除去,再加入碳酸钙中和,将铁离子与铝离子以氢氧化物的形式除去,加入MnF2除杂,使溶液中的Mg2+沉淀完全,此时溶液中的金属离子为锰离子,加入碳酸氢铵发生Mn2++2 HCO3-=MnCO3↓+CO2↑+H2O,加入硫酸溶解碳酸锰,经过蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥得到硫酸锰的水合物,据此分析解答。

(1)高锰矿含有FeS,传统工艺处理高硫锰矿时,不经混合焙烧,而是直接用H2SO4浸出,产生硫化氢等气体,污染环境;故答案为:产生硫化氢等气体,污染环境;

(2)氧化时用二氧化锰氧化亚铁离子,离子方程式为:MnO2+2Fe2++4H+2Fe3++Mn2++2H2O;若省略氧化步骤,根据图表Fe2+Mn2+沉淀区有重叠,造成Mn2+损失(Fe2+去除不完全,影响产品纯度);故答案为:MnO2+2Fe2++4H+2Fe3++Mn2++2H2OFe2+Mn2+沉淀区有重叠,造成Mn2+损失(Fe2+去除不完全,影响产品纯度)

(3)“中和除杂时,碳酸钙与铁离子、铝离子水解产生的H+反应,从而促进了水解平衡向正向移动,得到Fe(OH)3Al(OH)3沉淀,故答案为:Fe(OH)3Al(OH)3

(4)已知:Ksp(MgF2)6.4×1010,若使溶液中的Mg2+沉淀完全,需维持c(F)不低于mol/L8×103 molL1;故答案为:8×103 molL1

(5)“碳化结晶时,发生反应的离子方程式为:Mn2++2HCO3-MnCO3↓+CO2↑+H2O,故答案为:Mn2++2HCO3-MnCO3↓+CO2↑+H2O

(6)硫酸锰溶液经过蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥得到硫酸锰的水合物,故答案为:蒸发浓缩、冷却结晶;

(7)用惰性电极电解MnSO4溶液可制备MnO2,电解过程中阳极发生氧化反应,元素化合价升高,故为硫酸锰失去电子生成二氧化锰,电极反应式为Mn2++2H2O2eMnO2+4H+,故答案为:Mn2++2H2O2eMnO2+4H+

练习册系列答案
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【题目】工业上可以利用废气中的CO2为原料制取甲醇,反应方程式为CO2+3H2CH3OH + H2O,请回答下列问题:

(1)已知常温常压下下列反应的能量变化如下图所示:

写出二氧化碳和氢气制备甲醇的热化学方程式_______________________________

(2)如果只改变一个条件使上述反应的平衡常数K值变大,则该反应_____________

A.一定向正反应方向移动      B.在平衡移动时正反应速率先增大后减小

C.一定向逆反应方向移动      D.在平衡移动时逆反应速率先减小后增大

(3)其他条件相同,该甲醇合成反应在不同催化剂(ⅠⅢ)作用下反应相同的时间后,CO2的转化率随反应温度的变化如图所示:

①在相同条件下,三种催化剂ⅠⅢ的催化效率由高到低的顺序是____________

cCO2的转化率高于b点,原因是_________________________________

(4)常温常压下若反应的容器容积为2.0L,反应时间为4.0 min,容器里气体密度减少了2.0 g·,在这段时间内CO2平均反应速率为_____________。反应在t1时达到平衡,在这过程中c(CO2)随时间t变化的曲线如下图所示。保持其他条件不变,t1时将容器体积压缩到1 L,请在下图中画出t1c(CO2)随时间t变化的趋势曲线(假设在t2时达到平衡)_________

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【题目】ABCDEF为中学化学常见的单质或化合物,其中AF为单质,常温下,E的浓溶液能使铁、铝钝化,相互转化关系如图所示(条件已略去)。完成下列问题:

1)若A为淡黄色固体,B为气体,F为非金属单质。

①写出E转变为C的化学方程式_____

B在空气中能使银器表面失去金属光泽、逐渐变黑,反应的化学方程式为_____

2)若B为能使湿润的红色石蕊试纸变蓝的气体。

A的电子式为_____

②做过银镜反应后的试管可用E的稀溶液清洗,反应的离子方程式为_____

③在干燥状态下,向②反应得到的溶质中通入干燥的氯气,得到N2O5和一种气体单质,写出反应的化学方程式_____

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【题目】已知ABCDE五种元素为周期表前20号元素且原子序数依次增大,其中只有AD为非金属元素。A的气态氢化物溶于水得到的溶液能使酚酞溶液变红。BCD的最高价氧化物对应水化物相互之间能够两两反应,且D原子最外层电子数是C原子最外层电子数的2倍。BE元素同主族。

(1)E在元素周期表中的位置:____________,写出E的最高价氧化物对应水化物与C的单质反应的化学方程式:___________________________________

(2)A的气态氢化物溶于水后的电离方程式为________________________________

(3)B单质在空气中燃烧后的产物的电子式为____________,产物中存在的化学键类型有_______________

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【题目】燃煤及工业废气中的SO2是形成酸雨的主要原因,消除SO2是减少酸雨形成的有效方法。完成下列问题:

1)已知:4FeS2s+11O2g═2Fe2O3s+8SO2g)△H=﹣3412.0kJmol1

Fe2O3s+3COg═2Fes+3CO2g)△H=﹣25.0 kJmol1

2Cs+O2g═2COg)△H=﹣221.0 kJmol1

2FeS2s+7O2g+3Cs═2Fes+3CO2g+4SO2g)△H_____kJmol1

2)碱性NaClO2溶液脱硫法

SO2与碱性NaClO2溶液反应的离子方程式为2SO2+ClO2+4OH2SO42+C1+2H2O,已知pc=﹣lgcSO2)。在刚性容器中,将含SO2的废气通入碱性NaClO2溶液中,测得pc与温度的关系如图所示。

由图分析可知,该脱硫反应是_____反应(填放热吸热);若温度不变,增大压强,该脱硫反应的平衡常数K_____(填增大减小不变)。

3)燃料细菌脱硫法

①含FeS2的燃煤可用氧化亚铁硫杆菌(Tf)、氧化亚铁微螺菌(Lf)、氧化硫硫杆菌(Tt)进行脱硫,其脱硫过程如图所示:

已知:脱硫总反应为:FeS2+14Fe3++8H2O═2SO42+15Fe2++16H+

Ⅰ反应的化学方程式为:FeS2+6Fe3++3H2O═S2O32+7Fe2++6H+

写出Ⅱ反应的化学方程式_____

②在上述脱硫反应中,氧化亚铁硫杆菌(Tf)与Fe3+的形成过程可视为下图所示的原电池:

该细胞膜为_____(填阳离子交换膜阴离子交换膜)。该电池的正极电极反应式为_____。该方法在高温下脱硫效率大大降低,原因是_____

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【题目】将等质量的下列各烃,完全燃烧生成CO2H2O,耗氧量最大的是( )

A. CH4B. C2H4C. C6H6D. C3H6

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【题目】某化学小组研究在其他条件不变时,改变密闭容器中某一条件对A2(g)3B2(g)2AB3(g) 化学平衡状态的影响,得到如下图所示的曲线(图中T表示温度,n表示物质的量)。下列判断正确的是( )

A. T2n(A2)不变时达到平衡,AB3的物质的量大小 为:c>b>a

B. T2>T1,则正反应一定是放热反应

C. 达到平衡时A2的转化率大小为:b>a>c

D. T2>T1,达到平衡时bd点的反应速率为vd>vb

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【题目】稀氨水中存在着下列平衡:NH3·H2ONH4+OH,若要使平衡向逆反应方向移动,同时使c(OH)增大,应加入的物质或采取的措施是

①NH4Cl固体;硫酸;③NaOH固体;水;加热;加入少量MgSO4固体。

A. ①②③⑤ B. ③⑥ C. ③ D. ③⑤

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【题目】运用化学反应原理研究碳、氮、硫的单质及其化合物的反应对缓解环境污染、能源危机具有重要意义。

ICO 还原NO 的脱硝反应:2CO(g)2NO(g) 2CO2(g)N2(g) △H

1)已知:CO(g)NO2(g) CO2(g)NO(g) △H1=226 kJ·mol-1

N2(g)2O2(g) 2NO2(g) △H2=68 kJ·mol-1

N2(g)O2(g) 2NO(g) △H3=183 kJ·mol-1

脱硝反应H=__________,有利于提高NO 平衡转化率的条件是________________(写出两条)。

2)汽车使用乙醇汽油并不能减少NOx的排放,这使NOx的有效消除成为环保领域的重要课题。某研究小组在实验室以Ag-ZSM-5为催化剂,对CONO催化转化进行研究,测得NO转化为N2的转化率随温度、CO混存量的变化情况如下图所示,

若不使用CO,温度超过775℃,发现NO的分解率降低,其可能的原因为_________________;在n(NO)/n(CO)1的条件下,应控制最佳温度在____________左右。

CxHy()催化还原NOx也可消除氮氧化物的污染,写出C2H6NO2发生反应的化学方程式:_________

③NO2尾气常用NaOH溶液吸收,生成NaNO3NaNO2。已知NO2的水解常数K=2×10-11,常温下某NaNO2HNO2混合溶液的pH5,则混合溶液中c(NO2)c(HNO2)的比值为__________

IIT ℃时,在刚性反应器中发生如下反应:CO(g)NO2(g) CO2(g)NO(g),化学反应速率v =k Pm(CO)Pn(NO2)k 为化学反应速率常数。研究表明,该温度下反应物的分压与化学反应速率的关系如下表所示:

3)若反应初始时P(CO)=P(NO2)=a kPa,反应t min时达到平衡,测得体系中P(NO)=b kPa,则此时v =___________ kPa·s-1(用含有ab的代数式表示,下同),该反应的化学平衡常数Kp=_____Kp是以分压表示的平衡常数)。

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