Question

6．被稱為紅簾石的鐵礦含錳量高，錳是冶煉錳鋼的重要原料．紅簾石主要成分有磁鐵礦（Fe₃O₄）、菱鐵礦（FeCO₃）、錳礦（MnO₂和MnCO₃）、石棉[Mg₃Si₃O₇（OH）₄]等．工業(yè)上將紅簾石處理后，運(yùn)用陰離子膜電解法的新技術(shù)提取金屬錳并制得高效水處理劑（K₂FeO₄）．工業(yè)流程如下：

（1）工業(yè)上為提高稀硫酸浸取效率一般采取的措施是（任意寫兩種方法）
①粉碎紅簾石②提高反應(yīng)的溫度．
（2）浸出液中的陽離子有H⁺、Fe²⁺、Fe³⁺、Mg²⁺、Mn²⁺．（填離子符號）
（3）濾渣A中無MnO₂原因MnO₂在酸性條件下被二價(jià)鐵還原為Mn²⁺．
（4）已知不同金屬離子生成氫氧化物沉淀所需的pH如下表：

離子	Fe3+	Fe2+	Mn2+	Mg2+
開始沉淀的pH	2.7	7.0	7.8	9.3
完全沉淀的pH	3.7	9.6	9.8	10.8

過程②中加氨水調(diào)節(jié)溶液的pH等于6，則濾渣B的成分Fe（OH）₃．
（5）電解裝置如圖所示，則溶液中陰離子移動(dòng)的方向?yàn)锳→B（填“A→B”或“B→A”）．實(shí)際生產(chǎn)中，陽極以稀硫酸為電解液，陽極的電極反應(yīng)式為2H₂O-4e^-=O₂↑+4H⁺．
（6）濾渣B經(jīng)反應(yīng)④生成高效水處理劑的離子方程式2Fe（OH）₃+3ClO^-+4OH^-=2FeO₄^2-+3Cl^-+5H₂O．K₂FeO₄被譽(yù)為高效水處理劑的原因是FeO₄^2-具有強(qiáng)氧化性可以殺菌消毒，還原成Fe³⁺水解成Fe（OH）₃膠體能吸附雜質(zhì)生成沉淀．

Answer 1

分析 紅簾石主要成分有磁鐵礦（Fe₃O₄）、菱鐵礦（FeCO₃）、錳礦（MnO₂和MnCO₃）、石棉[Mg₃Si₃O₇（OH）₄]等和稀硫酸反應(yīng)，MnO₂在酸性條件下被二價(jià)鐵還原為Mn²⁺，浸出液中的離子有：Fe²⁺、Fe³⁺、Mg²⁺、Mn²⁺、SO₄^2-，濾渣A為SiO₂，濾液中加入雙氧水，雙氧水氧化亞鐵離子生成鐵離子，再加入氨水生成氫氧化鐵沉淀，濾渣B為氫氧化鐵，加入氫氧化鉀、次氯酸鉀反應(yīng)2Fe（OH）₃+3ClO^-+4OH^-=2FeO₄^2-+3Cl^-+5H₂O生成K₂FeO₄，濾液為Mg²⁺、Mn²⁺、SO₄^2-，電解生成金屬錳．
（1）增大接觸面積、提高溫度可以提高反應(yīng)速率，所以粉碎紅簾石、提高反應(yīng)的溫度可以提高稀硫酸浸取效率；
（2）紅簾石主要成分和稀硫酸反應(yīng)，MnO₂在酸性條件下被二價(jià)鐵還原為Mn²⁺，浸出液中的離子有：Fe²⁺、Fe³⁺、Mg²⁺、Mn²⁺、SO₄^2-；
（3）二氧化錳中+4價(jià)的錳具有氧化性，亞鐵離子具有還原性，兩者發(fā)生氧化還原反應(yīng)；
（4）過程②中加氨水調(diào)節(jié)溶液的pH等于6，完全沉淀時(shí)其pH＜6的氫氧化物都能完全沉淀；
（5）電解陽極失去電子發(fā)生氧化反應(yīng)，陰極得到電子發(fā)生還原反應(yīng)，陽極以稀硫酸為電解液，陽極水電離出的氫氧根離子失去電子；
（6）次氯酸根離子具有氧化性，在堿性條件下氧化+3鐵生成+6價(jià)鐵，K₂FeO₄被譽(yù)為高效水處理劑的原因+6價(jià)鐵具有氧化性能殺菌，生成的+3價(jià)鐵水解生成氫氧化鐵膠體吸附懸浮物凈水．

解答 解：（1）增大接觸面積可提高反應(yīng)的速率，溫度越高，反應(yīng)速率越快，所以工業(yè)上為提高稀硫酸浸取效率一般采取的措施有：提高反應(yīng)溫度、采用粉碎紅簾石可增大接觸面積等，
故答案為：①粉碎紅簾石；②提高反應(yīng)的溫度；
（2）紅簾石主要成分有磁鐵礦（Fe₃O₄）、菱鐵礦（FeCO₃）、錳礦（MnO₂和MnCO₃）、石棉[Mg₃Si₃O₇（OH）₄]等，加入硫酸：Fe₃O₄+4H₂SO₄=FeSO₄+Fe₂（SO₄）₃+4H₂O、FeCO₃+H₂SO₄=FeSO₄+CO₂↑+H₂O，MnCO₃+H₂SO₄=MnSO₄+CO₂↑+H₂O，2Fe²⁺+MnO₂+4H⁺═2Fe³⁺+Mn²⁺+2H₂O，濾渣A為SiO₂，浸出液中的陽離子有H⁺、Fe²⁺、Fe³⁺、Mg²⁺、Mn²⁺，
故答案為：H⁺、Fe²⁺、Fe³⁺、Mg²⁺、Mn²⁺；
（3）濾渣A中無MnO₂原因MnO₂在酸性條件下被二價(jià)鐵還原為Mn²⁺，反應(yīng)為：2Fe²⁺+MnO₂+4H⁺═2Fe³⁺+Mn²⁺+2H₂O，
故答案為：MnO₂在酸性條件下被二價(jià)鐵還原為Mn²⁺；
（4）過程②中加氨水調(diào)節(jié)溶液的pH等于6，完全沉淀時(shí)其pH＜6的氫氧化物都能完全沉淀，根據(jù)表中數(shù)據(jù)知，F(xiàn)e（OH）₃，完全沉淀時(shí)需要的pH=3.7＜6，所以濾渣的成分是Fe（OH）₃，
故答案為：Fe（OH）₃；
（5）圖示電解時(shí)原電池電子流向?yàn)锳→B，則A為原電池的負(fù)極，A連接的電極為電解池的陰極，電解時(shí)陰離子移向陽極，則溶液中陰離子移動(dòng)的方向?yàn)锳→B，實(shí)際生產(chǎn)中，陽極以稀硫酸為電解液，陽極發(fā)生氧化反應(yīng)，反應(yīng)為：2H₂O-4e^-=O₂↑+4H⁺，
故答案為：A→B；2H₂O-4e^-=O₂↑+4H⁺；
（6）次氯酸根離子具有氧化性，在堿性條件下氧化+3鐵，反應(yīng)為：2Fe（OH）₃+3ClO^-+4OH^-=2FeO₄^2-+3Cl^-+5H₂O，K₂FeO₄被譽(yù)為高效水處理劑的原因+6價(jià)鐵具有氧化性能殺菌，生成的+3價(jià)鐵水解Fe³⁺可水解水解的方程式為Fe³⁺+3H₂O?Fe（OH）₃（膠體）+3H⁺，生成具有吸附性的Fe（OH）₃膠體，吸附雜質(zhì)生成沉淀，
故答案為：2Fe（OH）₃+3ClO^-+4OH^-=2FeO₄^2-+3Cl^-+5H₂O；FeO₄^2-具有強(qiáng)氧化性可以殺菌消毒，還原成Fe³⁺水解成Fe（OH）₃膠體能吸附雜質(zhì)生成沉淀．

點(diǎn)評 本題考查了提取金屬錳并制得高效水處理劑（K₂FeO₄）工藝流程，側(cè)重考查物質(zhì)分離和提純方法的綜合應(yīng)用，要從整體上分析各個(gè)步驟發(fā)生的反應(yīng)、反應(yīng)原理等知識點(diǎn)，題目難度中等．