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15.锰的用途非常广泛,在钢铁工业中,锰的用量仅次于铁,90%的锰消耗于钢铁工业,10%的锰消耗于有色冶金、化工、电子、电池、农业等部门.以碳酸锰矿(主要成分为MnCO3,还含有铁、镍、钴等碳酸盐杂质)为原料生产金属锰的工艺流程如下:

已知25℃,部分物质的溶度积常数如下:
物质Mn(OH)2Co(OH)2Ni(OH)2MnSCoSNiS
Ksp2.1×10-133.0×10-165.0×10-161.0×10-115.0×10-221.0×10-22
(1)步骤Ⅰ中,MnCO3与硫酸反应的化学方程式是MnCO3+H2SO4=MnSO4+CO2↑+H2O;
(2)步骤Ⅰ中需要加入稍过量的硫酸,其目的有3点:①使矿物中的物质充分反应;②提供第Ⅱ步氧化时所需要的酸性环境;③抑制Mn2+的水解;
(3)步骤Ⅱ中,MnO2在酸性条件下可将Fe2+氧化为Fe3+,该反应的离子方程式是MnO2+2Fe2++4H+=Mn2++2Fe3++2H2O;
加氨水调节溶液的pH为5.0~6.0,以除去Fe3+
(4)步骤Ⅲ中,需要用到的玻璃仪器除玻璃棒、漏斗外,还有烧杯;滤渣2的主要成分是CoS和NiS;
(5)电解后的废水中还含有Mn2+,常用石灰乳进行一级沉降得到Mn(OH)2沉淀,过滤后再向滤液中加入适量Na2S,进行二级沉降.欲使溶液中c(Mn2+)≤1.0×10-5 mol•L-1,则应保持溶液中c(S2-)≥1.0×10-6 mol•L-1

分析 (1)加稀硫酸时样品中的MnCO3和硫酸反应生成可溶性的MnSO4,并产生二氧化碳和水;
(2)Mn2+离子易水解;
(3)据得失电子守恒有MnO2+2Fe2+--Mn2++2Fe3+,再据电荷守恒有MnO2+2Fe2++4H+--Mn2++2Fe3+,最后据原子守恒得MnO2+2Fe2++4H+=Mn2++2Fe3++2H2O;
(4)根据操作方法判断缺少的仪器;由于在第一次过滤之后的滤液中含有Mn2+、Ni2+、Co2+,向其中加入(NH42S,根据各物质的溶度积常数可确定有CoS和NiS沉淀(滤渣2)生成;
(5)由于将一级沉降根据MnS的Ksp=c(Mn2+)•c(S2-)进行计算即可.

解答 解:向碳酸锰矿(主要成分为MnCO3,还含有铁、镍、钴等碳酸盐杂质)中加入硫酸,可以发生反应生成硫酸盐,向其中就如具有氧化性的二氧化锰,可以将亚铁离子氧化为铁离子,调节pH可以将氢氧化铁沉淀下来,向滤液中加入硫化铵,可以将镍离子、钴离子形成硫化物沉淀下来,最后对得到的含有锰离子的盐电解,可以得到金属锰.
(1)加稀硫酸时样品中的MnCO3和硫酸反应生成可溶性的MnSO4,并产生二氧化碳和水,步骤Ⅰ中,MnCO3与硫酸反应的化学方程式为:MnCO3+H2SO4=MnSO4+CO2↑+H2O,
故答案为:MnCO3+H2SO4=MnSO4+CO2↑+H2O;
(2)Mn2+离子易水解.加入过量硫酸,还可以抑制Mn2+的水解,
故答案为:抑制Mn2+的水解;
(3)步骤Ⅱ中,MnO2在酸性条件下可将Fe2+离子氧化为Fe3+,反应的离子方程式是据得失电子守恒有MnO2+2Fe2+-Mn2++2Fe3+,再据电荷守恒有MnO2+2Fe2++4H+-Mn2++2Fe3+,最后据原子守恒得,MnO2+2Fe2++4H+=Mn2++2Fe3++2H2O,
故答案为:MnO2+2Fe2++4H+=Mn2++2Fe3++2H2O;
(4)步骤Ⅲ为过滤操作,需要用到的玻璃仪器除玻璃棒、漏斗外,还需要烧杯;
由于在第一次过滤之后的滤液中含有Mn2+、Ni2+、Co2+,向其中加入(NH42S,根据各物质的溶度积常数可确定有CoS和NiS沉淀(滤渣2)生成,
故答案为:烧杯;CoS和NiS;
(5)MnS的Ksp=c(Mn2+)•c(S2-)=1.0×10-11,为了将Mn2+降到1.0×10-5mol/L,则c(S2-)=$\frac{{K}_{sp}}{c(M{n}^{2+})}$=$\frac{1.0×1{0}^{-11}}{1.0×1{0}^{-5}}$=1.0×10-6mol/L,即硫化钠的浓度是1.0×10-6mol/L,
故答案为:1.0×10-6

点评 本题考查了制备方案的设计,题目难度中等,根据制备流程明确制备原理为解答关键,注意掌握难溶物溶解平衡及溶度积的有关计算方法,试题培养了学生的分析、理解能力及化学实验能力.

练习册系列答案
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科目:高中化学 来源: 题型:多选题

5.某酸性溶液中只有Na+、CH3COO-、H+、OH-四种离子.下列描述可能正确的是(  )
A.该溶液由pH=3的CH3COOH与pH=11的NaOH溶液等体积混合而成
B.该溶液由等物质的量浓度、等体积的NaOH溶液和CH3COOH溶液混合而成
C.加入适量的NaOH,溶液中离子浓度为c(CH3COO-)>c(Na+)>c(OH-)>c(H+
D.加入适量氨水后,c(CH3COO-)会大于c(Na+)、c(NH4+)之和

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科目:高中化学 来源: 题型:选择题

6.将如图所示实验装置的K闭合,下列判断不正确的是(  )
A.盐桥中的Cl-向甲池移动,滤纸上的SO42-向b移动
B.电子流动沿Zn→a,b→Cu的路径
C.Cu电极上的反应为:Cu2++2e-═Cu,滤纸a点发生还原反应
D.片刻后,甲池中c(Zn2+)增大,可观察到滤纸b点变红色

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科目:高中化学 来源: 题型:解答题

3.CH3CH2CH=CHCH2CH2CHO是一种微黄色液体,呈青草和油脂香气,可用于高端的食用香料.它可用以下方法合成:

已知:
(1)CH3CH2CH=CHCH2CH2CHO的名称为4-庚烯醛,B中所含有的官能团名称为醚键、氯原子;
(2)①的反应类型是取代反应,⑦的反应类型是氧化反应;
(3)A、D的结构简式分别为、CH3CH2C≡CCH2CH2CH2OH;
(4)检验E是否完全转化为目标产物的方法取样,加入金属钠,无气体产生;
(5)M是C的同分异构体,写成满足以下条件的M的结构简式(不考虑顺反异构)

①无环状结构    ②1molM与足量银氨溶液反应可得到4molAg
③分子中有2种化学环境不同的氢原子
(6)参照上述合成路线,设计一条以C3H6为原料制备丙酸(CH3CH2COOH)(其他无机原料任选)的合成路线.

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科目:高中化学 来源: 题型:解答题

10.某小组同学在实验室中研究+2和+3价铁的硝酸盐的化学性质.
(1)他们测硝酸亚铁溶液的pH常温下小于7,用离子方程式解释其原因是Fe2++2H2O?Fe(OH)2+2H+
(2)甲同学欲配制硝酸亚铁溶液,为防止水解,称量一定量硝酸亚铁晶体溶于pH=1的稀硝
酸中,溶液呈深棕色,液面上方有红棕色气体,放置一段时间,溶液最终呈黄色.
(已知:Fe2+能与NO结合形成深棕色的[Fe(NO)]2+:Fe2++NO?〔Fe(NO)]2+
①液面上方红棕色气体是NO2
②经检验黄色溶液中有Fe3+.检验Fe3+的操作是取少量黄色溶液于试管中,滴入KSCN溶液,溶液显红色,证明含有Fe3+
③最初溶液中生成[Fe(NO)]2+使溶液呈深棕色,最终溶液变黄色的原因是在稀硝酸中Fe2+被NO3-氧化为Fe3+,使c(Fe2+)降低,Fe2++NO?〔Fe(NO)]2+的平衡向左移动,当Fe2+被完全氧化为Fe3+时,溶液由深棕色变为黄色
(3)甲同学继续用所得溶液进行实验.
操作步骤及现象
i:往溶液中缓慢通入SO2,液面上方有红棕色气体,溶液黄色无明显变化
ii:继续通入足量的SO2,溶液变为深棕色,一段时间后,溶液变为浅绿色
①步骤i溶液中反应的离子方程式是2NO3-+3SO2+2H2O=3SO42-+2NO↑+4H+
②甲认为由步骤i的现象得出SO2与NO3-发生了反应,没有与Fe3+发生反应,请判断甲的结论是否正确并说明原因:正确.溶液上方产生红棕色的气体,说明NO3-被还原,溶液没有深棕色出现,说明Fe2+没有被氧化为Fe3+
③步骤ii溶液变为浅绿色,反应的离子方程式是2Fe3++SO2+2H2O=2Fe2++SO42-+4H+
④该实验得出的结论是SO2的还原性比Fe2+的强等

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科目:高中化学 来源: 题型:选择题

20.N2和 H2在催化剂表面合成氨的微观历程及能量变化的示意图如下,用分别表示N2、H2、NH3,下列说法正确的是(  )
A.使用催化剂,合成氨反应放出的热量减少
B.在该过程中,N2、H2断键形成N原子和H原子
C.在该过程中,N原子和H原子形成了含有非极性键的NH3
D.合成氨反应中,反应物断键吸收能量大于生成物形成新键释放的能量

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科目:高中化学 来源: 题型:选择题

7.化学与社会、生活密切相关,对下列常见无机物用途的解释正确的是(  )
选项    现象或事实    解释
ANa可用于与TiCl4反应得3D打印飞机钛构件所需的原料Ti粉Na具有强还原性
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  C  SO2可用于漂白纸浆  SO2具有强氧化性
  D  SiO2可用于制造光导纤维  SiO2具有导电性
A.AB.BC.CD.D

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科目:高中化学 来源: 题型:选择题

4.下列解释事实的反应方程式正确的是(  )
A.亚硫酸钠水溶液显碱性:SO32-+2H2O?H2SO3+2OH-
B.SO2的水溶液显酸性:SO2+H2O?H2SO3?2H++SO32-
C.燃煤时加入石灰石减少SO2排放:2CaCO3+2SO2+O2$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2CaSO4+2CO2
D.浓NaOH溶液处理少量二氧化硫:SO2+OH-═HSO3-

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科目:高中化学 来源: 题型:选择题

5.常温下,下列各组离子在指定溶液中一定能大量共存的是(  )
A.能溶解Al(OH)3的溶液:NH4+、K+、SO42-、HCO3-
B.0.1 mol/L的AlCl3溶液中:Na+、K+、SO42-、HCO3-
C.25℃时,水电离出的c(H+)=1×l0-l3 mol/L的溶液中:K+、Ba2+、NO3-、S2-
D.能使酚酞变红的溶液:Na+、Ba2+、NO3-、Cl-

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