Question

某軟錳礦樣含有MnO₂、ZnSO₄和不溶于酸的雜質(zhì)．由該軟錳礦制取硫酸錳晶體的部分流程圖為：

已知部分陽離子以氫氧化物形式完全沉淀時溶液的pH如下表：

沉淀物	Fe（OH）3	Mn（OH）2	Zn（OH）2
pH	3.7	9.8	8.0

回答下列問題．
（1）硫酸亞鐵在酸性條件下可將MnO₂還原為MnS0₄，該反應(yīng)的化學(xué)方程式為

 

．
（2）加氨水調(diào)pH至5.4，得到的濾渣主要是

 

．（用化學(xué)式表示）
（3）在酸性介質(zhì)中，MnSO₄溶液與（NH₄）₂S₂O₈（連=硫酸銨）溶液混合，Mn²⁺會被氧化成MnO^-₄，S₂O^2-₈會被還原成SO^2-₄．該反應(yīng)常用于Mn²⁺的定性檢驗．
①若溶液中存在Mn²⁺，可觀察到的現(xiàn)象是

 

．
②反應(yīng)的離子方程式為

 

（4）若常溫下K_sp[Zn（OH）₂]=1.2×10^-17，調(diào)至pH=9使溶液中的Zn²⁺完全轉(zhuǎn)化為Zn（OH）₂沉淀，此時溶液中的c（Zn²⁺）=

 

．
（5）MnO₂常用作堿性鋅錳干電池的正極材料．電池工作時正極反應(yīng)式為

 

．
（6）取10.00g礦樣加入0.8000mol/LH₂C₂O₄溶液25.00mL及稀硫酸，加熱至MnO₂被完全還原為Mn²⁺．過量的草酸用0.01000mol/L標準KMnO₄溶液滴定，達到滴定終點時消耗10.00mL標準KMnO₄溶液．另取10.00g礦樣，經(jīng)該工藝提取最終得2.000g MnSO₄．
①KMnO₄滴定H₂C₂O₄的離子方程式為

 

．
②若定義“產(chǎn)品硫酸錳中錳元素的質(zhì)量占礦樣中錳元素的質(zhì)量百分含量”為“元素利用率”．則該工藝中錳元素的元素利用率為

 

（列出計算過程）．

Answer 1

考點：制備實驗方案的設(shè)計,物質(zhì)分離和提純的方法和基本操作綜合應(yīng)用

專題：實驗設(shè)計題

分析：軟錳礦樣中硫酸酸化的硫酸亞鐵，可以將二氧化錳還原為硫酸錳，過濾得到的濾液是硫酸錳、硫酸鋅和硫酸鐵，加氨水調(diào)pH至5.4，可以將鐵離子完全沉淀，進而經(jīng)過一系列操作可以獲得硫酸錳晶體．
（1）二氧化錳和亞鐵離子之間會發(fā)生氧化還原反應(yīng)；
（2）根據(jù)表中的數(shù)據(jù)，當(dāng)pH=5.4時，鐵離子是完全沉淀的，得出濾渣的成分；
（3）根據(jù)題干信息：酸性介質(zhì)中，MnSO₄溶液與（NH₄）₂S₂O₈溶液反應(yīng)生成MnO₄^-和SO₄^2-，根據(jù)反應(yīng)情況確定現(xiàn)象以及書寫方程式；
（4）Ksp=c（Zn²⁺）?c²（OH^-）來計算離子濃度；
（5）堿性鋅錳干電池的正極上發(fā)生得電子的還原反應(yīng)；
（6）KMnO₄和H₂C₂O₄及稀硫酸之間會發(fā)生反應(yīng)生成硫酸鉀、硫酸錳、二氧化碳，據(jù)此書寫方程式，并根據(jù)化學(xué)方程式即和原子守恒計算原子利用率．

解答： 解：軟錳礦樣中硫酸酸化的硫酸亞鐵，可以將二氧化錳還原為硫酸錳，過濾得到的濾液是硫酸錳、硫酸鋅和硫酸鐵，加氨水調(diào)pH至5.4，可以將鐵離子完全沉淀，進而經(jīng)過一系列操作可以獲得硫酸錳晶體．
（1）二氧化錳和亞鐵離子之間會發(fā)生氧化還原反應(yīng)MnO₂+2FeSO₄+2H₂SO₄=MnSO₄+Fe₂（SO₄）₃+2H₂O，故答案為：MnO₂+2FeSO₄+2H₂SO₄=MnSO₄+Fe₂（SO₄）₃+2H₂O；
（2）根據(jù)表中的數(shù)據(jù)，當(dāng)pH=5.4時，鐵離子是完全沉淀的，得到濾渣的成分是Fe（OH）₃，故答案為：Fe（OH）₃；
（3）根據(jù)題干信息：酸性介質(zhì)中，MnSO₄溶液與（NH₄）₂S₂O₈溶液反應(yīng)生成MnO₄^-和SO₄^2-，2Mn²⁺+5S₂O₈^2-+8H₂O=2MnO₄^-+10SO₄^2-+16H⁺，溶液從無色變?yōu)樽霞t色；
離子方程式為：2Mn²⁺+5S₂O₈^2-+8H₂O=2MnO^-₄+10SO₄^2-+16H⁺，故答案為：溶液從無色變?yōu)樽霞t色；2Mn²⁺+5S₂O₈^2-+8H₂O=2MnO₄^-+10SO₄^2-+16H⁺；
（4）常溫下K_sp[Zn（OH）₂]=1.2×10^-17，Ksp=c（Zn²⁺）?c²（OH^-），調(diào)至pH=9即氫氧根離子濃度為10^-5mol/L，使溶液中的Zn²⁺完全轉(zhuǎn)化為Zn（OH）₂沉淀，此時溶液中的c（Zn²⁺）=

Ksp

c2(OH-)

=

1.2×10-17

10-10

=1.2×10^-7mol/L，故答案為：1.2×10^-7mol/L；
（5）堿性鋅錳干電池的正極上發(fā)生得電子的還原反應(yīng)，即MnO₂+e^-+H₂O=MnOOH+2Mn²⁺+8H₂O，故答案為：MnO₂+e^-+H₂O=MnOOH+2Mn²⁺+8H₂O；
（6）①KMnO₄和H₂C₂O₄及稀硫酸之間會發(fā)生反應(yīng)生成硫酸鉀、硫酸錳、二氧化碳，即5H₂C₂O₄+2MnO₄^-+6H⁺=10CO₂↑+2Mn²⁺+8H₂O，故答案為：5H₂C₂O₄+2MnO₄^-+6H⁺=10CO₂↑+2Mn²⁺+8H₂O；
②根據(jù)上述化學(xué)方程式得到關(guān)系式：5H₂C₂O₄～2MnO₄^-，MnO₂～H₂C₂O₄，
                              5         2                          1       1
                       1.0×10^-4mol  2.5×10^-4mol                          0.8000mol/×0.025L-2.5×10^-4mol                 
即高錳酸鉀消耗的草酸是2.5×10^-4mol，二氧化錳的物質(zhì)的量是0.8000mol/×0.025L-2.5×10^-4mol=0.01975mol，Mn元素利用率：

2.000g× 55 151

0.01975mol×55g/mol

×100%=67.06%，故答案為：67.06%．

點評：本題考查學(xué)生在“工藝流程閱讀、相關(guān)反應(yīng)化學(xué)方程式書寫、化學(xué)反應(yīng)條件控制的原理、生產(chǎn)流程的作用”等方面對元素化合物性質(zhì)及其轉(zhuǎn)化關(guān)系的理解和應(yīng)用程度，考查學(xué)生對新信息的處理能力，難度大．