Question

【題目】工業(yè)上利用軟錳礦漿(軟錳礦的主要成分是MnO2,還含有硅、鐵、鋁、鈣、鎂和少量重金屬鎳的化合物等雜質(zhì))為原料制取電解錳和四氧化三錳。

注:過量的軟錳礦將Fe2+氧化為Fe3+。

(1)纖維素[(C6H10O5)n]還原MnO2時(shí)，發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為_______。

(2)已知:Kp[Al(OH)3]=1×10-33,Ksp[Fe(OH)3]=3×10-39,加入NH3·H2O后，Al3+濃度為l×10-6mol/L時(shí)，溶液中Fe3+濃度為_________

(3)pH對(duì)除鎳效果的影響如圖1:

控制pH為4.5~5.0除鎳效果最好，原因是__________

(4)電解MnSO4溶液制備電解錳，用惰性電極電解，陽(yáng)極的電極反應(yīng)式為________，為保證電解的順利進(jìn)行，電解液必須保持一定的Mn2+濃度。Mn2+濃度和電流效率的關(guān)系如圖2所示。由圖可知當(dāng)Mn2+濃度大于22g/L時(shí)，電流效率隨Mn2+濃度增大反而下降，其原因是________。

(5)MnSO4溶液制備四氧化三錳。氨水作沉淀劑，沉淀被空氣氧化所得產(chǎn)品的X射線圖見圖3。

Mn2+形成Mn(OH)2時(shí)產(chǎn)生少量Mn2(OH)2SO4,加入NH4Cl會(huì)影響Mn2(OH)2SO4的氧化產(chǎn)物，寫出NH4Cl存在時(shí)，Mn2(OH)2SO4被O2氧化發(fā)生反應(yīng)的離子方程式___________。

Answer 1

【答案】 12nMnO2+(C6H10O5)n+12nH2SO4=12nMnSO4+6nCO2+17nH2O 3×10-12mol/L pH過低，會(huì)與硫化鋇產(chǎn)生硫化氫氣體;pH過高，Mn2+被沉淀 2H2O-4e-=O2↑+4H+或4OH--4e-=O2↑+2H2O Mn2+濃度增大，容易產(chǎn)生Mn(OH)2沉淀 3Mn2(OH)2SO4+O2=2Mn3O4+6H++3SO42-

【解析】（1）纖維素[(C6H10O5)n]具有還原性，MnO2具有氧化性，二者可發(fā)生氧化還原反應(yīng)，發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為：12nMnO2+(C6H10O5)n+12nH2SO4=12nMnSO4+6nCO2+17nH2O，答案為：12nMnO2+(C6H10O5)n+12nH2SO4=12nMnSO4+6nCO2+17nH2O

（2）Kp[Al(OH)3]=c(Al3+)×c3(OH-)=1×10-33,所以c3(OH-)=1×10-27；,Ksp[Fe(OH)3]= c(Fe3+)×c3(OH-)=3×10-39，所以c(Fe3+)==3mol/L，答案為：3×10-12mol/L

（3）pH過低，會(huì)與硫化鋇反應(yīng)產(chǎn)生硫化氫氣體，pH過高，Mn2+被沉淀，并且根據(jù)表中的數(shù)據(jù)知道，當(dāng)pH小于4.2的時(shí)候，鎳離子隨pH的減小而殘留率增加，當(dāng)pH大于5的時(shí)候，鎳離子隨pH的增大而殘留率增加，所以控制pH為4.55.0鎳離子的含量最小，除鎳效果最好；答案為：pH過低，會(huì)與硫化鋇產(chǎn)生硫化氫氣體，pH過高，Mn2+被沉淀

(4)“電解”時(shí)用惰性電極電解，陽(yáng)極發(fā)生氧化反應(yīng)，應(yīng)該是水電離出的氫氧根離子放電，電極反應(yīng)式為：2H2O-4e-=O2↑+4H+或4OH--4e-=O2↑+2H2O；當(dāng)Mn2+濃度大于22g/L時(shí)，容易產(chǎn)生Mn(OH)2沉淀，電流效率反而下降；答案為：2H2O-4e-=O2↑+4H+或4OH--4e-=O2↑+2H2O，Mn2+濃度增大，容易產(chǎn)生Mn(OH)2沉淀

(5)由X射線圖可知，未加NH4Cl時(shí)Mn2(OH)2SO4的氧化產(chǎn)物主要是MnO2，加NH4Cl時(shí)Mn2(OH)2SO4的氧化產(chǎn)物主要是Mn3O4，因此NH4Cl存在時(shí)，Mn2(OH)2SO4被O2氧化發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為：3Mn2(OH)2SO4+O2=2Mn3O4+6H++3SO42-；答案為：3Mn2(OH)2SO4+O2=2Mn3O4+6H++3SO42-