Question

【題目】Mn3O4是一種高性能結構材料，可由含鈣鎂離子的硫酸錳浸出液為原料制備。其工藝流程如圖所示：

請回答下列問題：

⑴四氧化三錳(Mn3O4)中錳元素的化合價有+2價和+3價，其化學式可改寫為________(選項字母)。

A. MnO Mn2O3 B. 2MnO MnO2 C. Mn2O Mn2O3 D. MnO MnO2

⑵是P2O4密度小于水的無色液體，用P2O4萃取碘水中的碘，振蕩、靜置后的現象為________。

⑶寫出由Mn(OH)2制備Mn3O4的化學方程式：________。

⑷通常認為殘留在溶液中的離子濃度小于1×10-5 mol·L－1時，沉淀完全。若要除去Ca2+、Mg2+，則殘留液中c(F－)應不小于_______ mol·L－1，=________[已知：Ksp(CaF2) = 2.7×10-11，Ksp(MgF2) =6.5×10-9，，；保留三位有效數字]。

⑸可由“水相”制備高純度單質錳，裝置如圖所示：

①裝置中采用________填“陰離子”或“陽離子”交換膜。

②寫出該電解反應的化學方程式：________。

Answer 1

【答案】A 液體分層，上層為紫紅色，下層為無色 6Mn(OH)2 + O2 = 2Mn3O4 + 6H2O 2.55×10-2 4.15×10-3 陰離子 2MnSO4 + 2H2O 2Mn + O2↑+ 2H2SO4

【解析】

⑴四氧化三錳(Mn3O4)中錳元素的化合價有+2價和+3價改寫；

⑵P2O4密度比水小，若用P2O4萃取碘水中的碘，液體分層，上層為紫紅色，下層為無色；

⑶Mn(OH)2和氧氣中加熱生成Mn3O4，根據得失電子守恒，元素守恒寫出化學方程式；

⑷若要除去Ca2+、Mg2+，Ca2+、Mg2+離子濃度小于1×10-5 mol·L－1，且氟化鎂的溶度積更大一些，則根據氟化鎂的溶度積計算，殘留液中c(F－)，根據進行計算；

⑸①Mn2+在電解池的陰極得電子生成單質錳，需要用陰離子交換膜；②Mn2+在電解池得陰極的電子生成單質錳，水中的氫氧根在陽極失電子生成氧氣，再寫出總反應方程式。

⑴四氧化三錳(Mn3O4)中錳元素的化合價有+2價和+3價，根據化合價改寫為MnOMn2O3，因此A正確，故答案為：A。

⑵P2O4密度比水小，若用P2O4萃取碘水中的碘，振蕩、靜置后的現象為液體分層，則現象是上層為紫紅色，下層為無色；故答案為：液體分層，上層為紫紅色，下層為無色；

⑶Mn(OH)2在空氣中加熱生成Mn3O4，反應物是Mn(OH)2和氧氣，根據得失電子守恒，元素守恒，化學方程式為6Mn(OH)2 + O2 = 2Mn3O4 + 6H2O；故答案為：6Mn(OH)2 + O2 = 2Mn3O4 + 6H2O；

⑷若要除去Ca2+、Mg2+，Ca2+、Mg2+離子濃度小于1×10-5 mol·L－1，且氟化鎂的溶度積更大一些，則根據氟化鎂的溶度積計算，所以，則殘留液中c(F－)應不小于2.55×10-2 mol·L－1，；故答案為：2.55×10-2；4.15×10-3；

⑸①若想制備高純度單質錳，則需要Mn2+在電解池的陰極的電子生成單質錳，需要用陰離子交換膜；故答案為：陰離子。

②Mn2+在電解池的陰極得電子生成單質錳，水中的氫氧根在陽極失電子生成氧氣，所以該電解反應的化學方程式：2MnSO4 + 2H2O 2Mn + O2↑+ 2H2SO4；故答案為：2MnSO4 + 2H2O 2Mn + O2↑+ 2H2SO4。