Question

以軟錳礦（主要成分MnO₂）和硫鐵礦（主要成分FeS₂）為原料制取高純度MnO₂，可提高礦產(chǎn)資源的附加值．工藝設計流程如下：

回答下列問題：
（1）MnO₂在酸性條件下具有強氧化性，它可以將FeS₂氧化，而本身被還原成Mn²⁺，反應復雜且速率緩慢．
①下列物質(zhì)在上述反應中不可能生成的是

 

A、Fe³⁺       B、H₂S  　　C、SO₄^2-  　D、S
②下列措施不能提高反應速率的是

 

A、使礦粉更碎　　B、提高浸泡溫度    C、適當提高硫酸濃度　　D、改變軟錳礦粉與硫鐵礦的比例
（2）加入物質(zhì)X調(diào)節(jié)濾液①的pH=5.4以除去Fe³⁺離子，物質(zhì)X不宜采用的是

 

A、MnCO₃  　  B、Na₂CO₃  　C、氨水
（3）濾液②中含有雜質(zhì)Zn²⁺，加入MnS可除去，反應方程式為：MnS+Zn²⁺=ZnS+Mn²⁺．反應完全后，濾液③中的Mn²⁺與Zn²⁺離子的濃度比是

 

．（已知K_sp（MnS）=2.0×10^-10，K_sp（ZnS）=4.0×10^-22）
（4）副產(chǎn)品的化學式是

 

（5）已知：2MnO（s）+O₂（g）=2MnO₂（s）△H₁=a kJ?mol^-1；MnCO₃（s）=MnO（s）+CO₂（g）△H₂=b kJ?mol^-1．寫出焙燒碳酸錳的熱化學方程式：

 

（6）高溫焙燒后仍有部分MnCO₃不能轉化為MnO₂，還需加入熱稀硫酸和KClO₃溶液進行氧化處理，反應如下：MnCO₃+ClO₃^-+H⁺--MnO₂+Cl₂↑+CO₂↑+H₂O（未配平），該反應中MnCO₃與ClO₃^-的物質(zhì)的量之比為

 

．

Answer 1

考點：物質(zhì)分離和提純的方法和基本操作綜合應用,氧化還原反應的計算,化學反應速率的影響因素,難溶電解質(zhì)的溶解平衡及沉淀轉化的本質(zhì)

專題：實驗設計題,基本概念與基本理論

分析：（1）①MnO₂在酸性條件下具有強氧化性，在溶液中的還原性物質(zhì)不可能生成；
②升高溫度，增大濃度，使礦粉更碎增大反應接觸面積，都能加快反應速率，改變固體物質(zhì)的用量不能改變反應速率；
（2）除去Fe³⁺離子時不能引入新的雜質(zhì)離子；
（3）在濾液中硫離子的濃度相同，根據(jù)K_sp（MnS）=2.0×10^-10計算出c（Mn²⁺），根據(jù)K_sp（ZnS）=4.0×10^-22計算出c（Zn²⁺）=，問題可解；
（4）在濾液③中加入（NH₄）₂CO₃生成碳酸錳沉淀和硫酸銨溶液，硫酸銨溶液經(jīng)過蒸發(fā)結晶得到（NH₄）₂SO₄晶體；
（5）根據(jù)蓋斯定律寫出焙燒碳酸錳的熱化學方程式；
（6）MnCO₃加入熱稀硫酸和KClO₃溶液反應生成MnO₂和Cl₂，配平方程式為5MnCO₃+2ClO₃^-+2H⁺=5MnO₂+Cl₂↑+5CO₂↑+H₂O，可知反應中MnCO₃與ClO₃^-的物質(zhì)的量之比為5：2．

解答： （1）①MnO₂在酸性條件下具有強氧化性，在溶液中的還原性物質(zhì)不可能生成，F(xiàn)e³⁺和SO₄^2- 不具有還原性，可能生成，S不溶于水，是一種沉淀，可能生成，H₂S具有還原性，能被氧化，不可能生成，故答案為：B；
②升高溫度，增大濃度，使礦粉更碎增大反應接觸面積，都能加快反應速率，改變固體物質(zhì)的用量不能改變反應速率，故改變軟錳礦粉與硫鐵礦的比例不能加快反應速率，故答案為：D；
（2）除去Fe³⁺離子時不能引入新的雜質(zhì)離子，加入Na₂CO₃調(diào)節(jié)PH值，在后續(xù)操作中不能Na⁺把除去，故答案為：B；
（3）在濾液中硫離子的濃度相同，根據(jù)K_sp（MnS）=2.0×10^-10知c（Mn²⁺）=

2.0×10-10

c(S2-)

，根據(jù)K_sp（ZnS）=4.0×10^-22知c（Zn²⁺）=

4.0×10-22

c(S2-)

，所以Mn²⁺與Zn²⁺離子的濃度比為

2.0×10-10 c(S2-)

4.0×10-22 c(S2-)

=5.0×10¹¹；故答案為：5.0×10¹¹；
（4）在濾液③中加入（NH₄）₂CO₃生成碳酸錳沉淀和硫酸銨溶液，經(jīng)過過濾，濾液為硫酸銨溶液，硫酸銨溶液蒸發(fā)結晶得到（NH₄）₂SO₄晶體；
故答案為：（NH₄）₂SO₄；
（5）已知2MnO（s）+O₂（g）=2MnO₂（s）△H₁=a kJ?mol^-1 ①
MnCO₃（s）=MnO（s）+CO₂（g）△H₂=b kJ?mol^-1．          ②
①+②×2得2MnCO₃（s）+O₂（g）=2MnO₂（s）+2CO₂（g）△H=△H₁+△H₂×2═（a+2b）kJ?mol^-1；
故答案為：2MnCO₃（s）+O₂（g）=2MnO₂（s）+2CO₂（g）△H=（a+2b）kJ?mol^-1；
（6）MnCO₃加入熱稀硫酸和KClO₃溶液反應生成MnO₂和Cl₂，Mn元素由+2價升高到+4價，Cl元素由+5價降低到0價，根據(jù)化合價升降相等知MnCO₃與ClO₃^-的計量數(shù)分別為5和2，根據(jù)原子守恒和電荷守恒配平方程式為5MnCO₃+2ClO₃^-+2H⁺=5MnO₂+Cl₂↑+5CO₂↑+H₂O，故該反應中MnCO₃與ClO₃^-的物質(zhì)的量之比為5：2．
故答案為：5：2．

點評：考查學生對元素及其化合物的主要性質(zhì)的掌握、熱化學方程式的書寫、閱讀題目獲取新信息能力、對工藝流程的理解等，難度中等，需要學生具備扎實的基礎與綜合運用知識、信息分析解決問題能力．