Question

5．工业上用菱锰矿（MnCO₃）[含FeCO₃、SiO₂、Cu₂（OH）₂CO₃等杂质]为原料制取二氧化锰，其流程示意图如下：

已知：
生成氢氧化物沉淀的pH

氢氧化物	Mn（OH）2	Fe（OH）2	Fe（OH）3	Cu（OH）2
开始沉淀时	8.3	6.3	2.7	4.7
完全沉淀时	9.8	8.3	3.7	6.7

注：金属离子的起始浓度为0.1mol•L^-1
回答下列问题：
（1）含杂质的菱锰矿使用前需将其粉碎，主要目的是增大接触面积，提高反应速率．盐酸溶解MnCO₃的化学方程式是MnCO₃+2HCl=MnCl₂+CO₂↑+H₂O．
（2）向溶液1中加入双氧水时，反应的离子方程式是2Fe²⁺+H₂O₂+4H₂O=2Fe（OH）₃↓+4H⁺．
（3）滤液2中加入稍过量的难溶电解质MnS，以除去Cu²⁺，反应的离子方程式是MnS+Cu²⁺=Mn²⁺+CuS．
（4）将MnCl₂转化成MnO₂的一种方法是氧化法．其具体做法是用酸化的NaClO₃溶液将MnCl₂氧化，该反应的离子方程式为
5Mn²⁺+2ClO${\;}_{3}^{-}$+□4H₂O═□Cl₂↑+□5MnO₂+□8H⁺．
（5）将MnCl₂转化为MnO₂的另一种方法是电解法．
①生成MnO₂的电极反应式是Mn²⁺-2e^-+2H₂O=MnO₂+4H⁺．
②若直接电解MnCl₂溶液，生成MnO₂的同时会产生少量Cl₂．检验Cl₂的操作是将润湿的淀粉碘化钾试纸置于阳极附近，若试纸变蓝则证明有Cl₂生成．
③若在上述MnCl₂溶液中加入一定量的Mn（NO₃）₂粉末，则无Cl₂产生，其原因是其它条件不变下，增大Mn²⁺浓度[或增大c（Mn²⁺）/c（Cl^-）]，有利于Mn²⁺放电（不利于Cl^-放电）．

Answer 1

分析 菱锰矿用盐酸酸浸，MnCO₃、FeCO₃、Cu₂（OH）₂CO₃与盐酸反应，SiO₂不与盐酸反应，过滤得到滤渣1为SiO₂，滤液1中含有氯化镁、氯化亚铁、氯化铜及剩余的HCl，向滤液中加入生石灰，调节溶液pH=4，加入过氧化氢将溶液中Fe²⁺氧化为Fe³⁺，在PH=4时氧化得到Fe³⁺转化为Fe（OH）₃沉淀，过滤除去，滤液2中加入MnS，将溶液中Cu²⁺氧化为CuS沉淀过滤除去，滤液3中为MnCl₂，系列转化得到MnO₂．
（1）将菱锰矿粉碎，可以增大接触面积，提高反应速率；碳酸镁与盐酸反应生成氯化镁、二氧化碳与水；
（2）加入过氧化氢将溶液中Fe²⁺氧化为Fe³⁺，在PH=4时氧化得到Fe³⁺转化为Fe（OH）₃沉淀，根据电荷守恒有氢离子生成；
（3）MnS与氯化铜反应转化更难溶的CuS，同时得到氯化镁；
（4）用酸化的NaClO₃溶液将MnCl₂氧化得到MnO₂，Mn元素发生氧化反应，则Cl元素发生还原反应生成Cl₂，由于在酸性条件下反应，根据电荷守恒可知，生成物中有H⁺生成，根据H元素守恒，可知反应物中缺项物质为H₂O，结合电荷守恒、原子守恒配平；
（5）①由题意可知，Mn²⁺转化为MnO₂，发生氧化反应，由O元素守恒可知有水参加反应，由电荷守恒可知应有H⁺生成；
②生成氯气发生氧化反应，在阳极产生，用润湿的淀粉碘化钾试纸检验；
③其它条件不变下，增大Mn²⁺浓度，有利于Mn²⁺放电．

解答 解：菱锰矿用盐酸酸浸，MnCO₃、FeCO₃、Cu₂（OH）₂CO₃与盐酸反应，SiO₂不与盐酸反应，过滤得到滤渣1为SiO₂，滤液1中含有氯化镁、氯化亚铁、氯化铜及剩余的HCl，向滤液中加入生石灰，调节溶液pH=4，加入过氧化氢将溶液中Fe²⁺氧化为Fe³⁺，在PH=4时氧化得到Fe³⁺转化为Fe（OH）₃沉淀，过滤除去，滤液2中加入MnS，将溶液中Cu²⁺氧化为CuS沉淀过滤除去，滤液3中为MnCl₂，系列转化得到MnO₂．
（1）将菱锰矿粉碎，可以增大接触面积，提高反应速率；碳酸镁与盐酸反应生成氯化镁、二氧化碳与水，反应方程式为：MnCO₃+2HCl=MnCl₂+CO₂↑+H₂O，
故答案为：增大接触面积，提高反应速率；MnCO₃+2HCl=MnCl₂+CO₂↑+H₂O；
（2）加入过氧化氢将溶液中Fe²⁺氧化为Fe³⁺，在PH=4时氧化得到Fe³⁺转化为Fe（OH）₃沉淀，根据电荷守恒有氢离子生成，反应离子方程式为：2Fe²⁺+H₂O₂+4H₂O=2Fe（OH）₃↓+4H⁺，
故答案为：2Fe²⁺+H₂O₂+4H₂O=2Fe（OH）₃↓+4H⁺；
（3）MnS与氯化铜反应转化更难溶的CuS，同时得到氯化镁，反应离子方程式为：MnS+Cu²⁺=Mn²⁺+CuS，
故答案为：MnS+Cu²⁺=Mn²⁺+CuS；
（4）用酸化的NaClO₃溶液将MnCl₂氧化得到MnO₂，Mn元素发生氧化反应，则Cl元素发生还原反应生成Cl₂，由于在酸性条件下反应，根据电荷守恒可知，生成物中有H⁺生成，根据H元素守恒，可知反应物中缺项物质为H₂O，配平后离子方程式为：5Mn²⁺+2ClO₃^-+4H₂O=Cl₂↑+5MnO₂+8H⁺，
故答案为：4H₂O；Cl₂↑；5MnO₂；8H⁺；
（5）①由题意可知，Mn²⁺转化为MnO₂，发生氧化反应，由O元素守恒可知有水参加反应，由电荷守恒可知应有H⁺生成，电极反应式为：Mn²⁺-2e^-+2H₂O=MnO₂+4H⁺，
故答案为：Mn²⁺-2e^-+2H₂O=MnO₂+4H⁺；
②生成氯气发生氧化反应，在阳极产生，检验Cl₂的操作是：将润湿的淀粉碘化钾试纸置于阳极附近，若试纸变蓝则证明有Cl₂生成，
故答案为：将润湿的淀粉碘化钾试纸置于阳极附近，若试纸变蓝则证明有Cl₂生成；
③Mn²⁺、Cl^-都在阳极放电，二者为竞争关系，增大Mn²⁺浓度[或增大c（Mn²⁺）/c（Cl^-）]，有利于Mn²⁺放电（不利于Cl^-放电），
故答案为：其它条件不变下，增大Mn²⁺浓度[或增大c（Mn²⁺）/c（Cl^-）]，有利于Mn²⁺放电（不利于Cl^-放电）．

点评 本题物质制备实验，明确原理是解题关键，是对学生综合能力的考查，需要学生具备扎实的基础，题目难度中等．