Question

工业上利用软锰矿（主要成分为MnO₂，同时含少量铁、铝等的化合物）制备硫酸锰的常见流程如下：

部分金属阳离子以氢氧化物形式完全沉淀时溶液的pH见下表：

沉淀物	Al(OH)3	Fe(OH)3	Fe(OH)2	Mn(OH)2
pH	5.2	3.2	9.7	10.4

 
（1）一氧化锰用硫酸酸浸时发生的主要反应的离子方程式为____________________。酸浸后加入MnO₂将溶液中的Fe^2＋氧化成Fe^3＋，其目的是___________。
（2）滤渣A的成分除MnO₂外，还有_______________。
（3）MnO₂是制造碱性锌锰电池的基本原料，放电时负极的电极反应式为________。工业上以石墨为电极电解酸化的MnSO₄溶液生产MnO₂，阳极的电极反应式为_________，当阴极产生4.48L（标况）气体时，MnO₂的理论产量为______g。
（4）锰的三种难溶化合物的溶度积：K_sp(MnCO₃)＝1.8×10^－11，K_sp[Mn(OH)₂]＝1.9×10^－13，K_sp(MnS)＝2.0×10^－13，则上述三种难溶物的饱和溶液中，Mn^2＋浓度由大到小的顺序是_______＞_______＞_______（填写化学式）。

Answer 1

（1）MnO＋2H^＋＝Mn^2＋＋H₂O（2分） 确保铁元素在后续操作中完全转化为氢氧化物沉淀而除去（2分） （2）Al(OH)₃、Fe(OH)₃（2分）
（3）Zn＋2OH^－－2e^－＝Zn(OH)₂（2分） Mn^2＋＋2H₂O－2e^－＝MnO₂＋4H^＋（3分）   17.4（3分）
（4）Mn(OH)₂＞MnCO₃＞MnS（3分）

试题分析：（1）一氧化锰用硫酸酸浸时生成硫酸锰和水，因此发生反应的离子方程式为MnO＋2H^＋＝Mn^2＋＋H₂O；根据表中数据可知，氢氧化亚铁完全沉淀时的pH值是9.7，因此在pH等于5.4的条件下不能沉淀无法除去。而氢氧化铁完全沉淀时的pH值只有3.2，所以酸浸后加入MnO₂将溶液中的Fe^2＋氧化成Fe^3＋的目的是保铁元素在后续操作中完全转化为氢氧化物沉淀而除去。
（2）根据表中数据可知，在pH等于5.4的条件下铝离子与铁离子已经完全转化为氢氧化物沉淀，因此滤渣A的成分除MnO₂外，还有Al(OH)₃、Fe(OH)₃。
（3）MnO₂是制造碱性锌锰电池的基本原料，而原电池中负极失去电子，发生氧化反应，该原电池中锌是负极，则放电时负极的电极反应式为Zn＋2OH^－－2e^－＝Zn(OH)₂；电解池中阳极失去电子，发生氧化反应，则工业上以石墨为电极电解酸化的MnSO₄溶液生产MnO₂，则锰离子在阳极放电，因此阳极的电极反应式为Mn^2＋＋2H₂O－2e^－＝MnO₂＋4H^＋；电解池中阴极得到电子，发生还原反应，则阴极是溶液中的氢离子放电产生氢气。当阴极产生4.48L（标况）氢气，其物质的量是0.2mol，转移0.2mol×2＝0.4mol电子，所以根据电子守恒可知，阳极生成二氧化锰的物质的量是0.2mol，则MnO₂的理论产量为0.2mol×87g/mol＝17.4g。
（4）锰的三种难溶化合物的溶度积：K_sp(MnCO₃)＝1.8×10^－11，K_sp[Mn(OH)₂]＝1.9×10^－13，K_sp(MnS)＝2.0×10^－13，由于碳酸锰与硫化锰的组成特点相似，因此溶液中的锰离子浓度与溶度积常数成正比，即溶度积常数越大，锰离子浓度越大，所以Mn^2＋浓度是MnCO₃＞MnS。根据溶度积常数可知，碳酸锰和氢氧化锰溶液中Mn^2＋浓度分别为、，显然前者大于后者，所以上述三种难溶物的饱和溶液中，Mn^2＋浓度由大到小的顺序是Mn(OH)₂＞MnCO₃＞MnS。