工业上用锰矿 (MnCO 3 ) 为原料制取二氧化锰,其流程示意图如图:
已知:生成氢氧化物沉淀的 pH 如表所示:
| Mn(OH) 2 | Fe(OH) 2 | Fe(OH) 3 | Cu(OH) 2 |
开始沉淀时 | 8.3 | 6.3 | 2.7 | 4.7 |
完全沉淀时 | 9.8 | 8.3 | 3.7 | 6.7 |
注:金属离子的起始浓度为 0.1mol/L ,回答下列问题:
(1) 含杂质的菱锰矿使用前需将其粉碎,主要目的是 ____ ,盐酸溶解 MnCO 3 的化学方程式是 ___ 。
(2) 向溶液 1 中加入双氧水时,反应的离子方程式是 ___ 。
(3) 滤液 2 中加入稍过量的难溶电解质 MnS ,以除去 Cu 2+ ,反应的离子方程式是 ___ 。
(4) 将 MnCl 2 转化为 MnO 2 的另一种方法是电解法。
①阳极生成 MnO 2 的电极反应式是 ____ 。
②若直接电解 MnCl 2 溶液,生成 MnO 2 的同时会产生少量 Cl 2 ,检验 Cl 2 的操作是 ___ 。
③若在上述 MnCl 2 溶液中加入一定量的 Mn(NO 3 ) 2 粉末,则无 Cl 2 产生。其原因是 ___ 。
增大接触面积,提高反应速率 MnCO 3 +2HCl=MnCl 2 +CO 2 ↑+H 2 O 2Fe 2+ +H 2 O 2 +4H 2 O=2Fe(OH) 2 ↓+4H + MnS+Cu 2+ =Mn 2+ +CuS Mn-2e - +2H 2 O=MnO 2 +4H + 将润湿的淀粉碘化钾试纸置于阳极附近。若试纸变蓝则证明有 Cl 2 生成 其他条件不变时,增大 Mn 2+ 浓度,有利于 Mn 2+ 放电 ( 不利于 Cl - 放电 )
【分析】
用菱锰矿( MnCO 3 )[含 FeCO 3 、 SiO 2 、 Cu 2 (OH) 2 CO 3 等杂质]为原料制取二氧化锰,需要分离除杂,结合流程图分析各步所加试剂及反应。菱镁矿加稍过量盐酸二氧化硅不反应,滤渣 1 则为 SiO 2 ,加双氧水氧化 Fe 2+ ,调 pH 至 4 ,沉淀 Fe 3+ ,加MnS固体沉淀 Cu 2+ ,最后得到 MnO 2 ,以此解题。
【详解】
(1) 将含有杂质的菱镁矿粉碎是为了增大反应物的接触面积,提高反应速率;盐酸与 MnCO 3 反应,生成 MnCl 2 、 CO 2 和 H 2 O ;反应方程式为 MnCO 3 +2HCl=MnCl 2 +CO 2 ↑+H 2 O 。
(2) H 2 O 2 具有氧化性,可将溶液中的 Fe 2+ 氧化。此时溶液呈酸性,因 Fe(OH) 3 在 pH 较小时就能生成,故在一定浓度范围内可以与氢离子共存,根据上述条件可写出该反应的离子方程式为 2Fe 2+ + H 2 O 2 + 4H 2 O=2Fe(OH) 3 ↓ + 4H + 。
(3) 该反应利用难溶物 MnS 可转化为更难溶物 CuS 的方法除去溶液中的 Cu 2 + ,由于反应中 Cu 2+ 沉淀完全,方程式用等号不用可逆符号,方程式为 MnS + Cu 2 + = Mn 2 + + CuS。
(4) ① 电解反应中锰元素化合价由 +2 上升为 +4,Mn 2 + 失电子发生氧化反应, MnO 2 在电解池的阳极产生,电极反应方程式为: Mn 2 + - 2e - + 2H 2 O = MnO 2 + 4H + 。
②Cl - 被氧化为 Cl 2 ,在阳极产生,因此检验 Cl 2 的方法为:用润湿的淀粉碘化钾试纸置于阳极附近,若试纸变蓝则证明有 Cl 2 生成。
③ 在其他条件不变的情况下,加入一定量的 Mn(NO 3 ) 2 粉末提高了溶液中 Mn 2 + 的浓度,有利于 Mn 2 + 放电,不利于 Cl - 的放电。
名称 | 用途 | 装置 | 举例 | 注意事项 |
过滤 | 分离固体和液体混合物 | 粗盐提纯时把粗盐溶于水,经过滤把不溶于水的杂质除去 | ①要“一贴二低三靠” 滤纸紧贴漏斗内壁;滤纸边缘低于漏斗口,漏斗里液面低于滤纸边缘;烧杯口紧靠玻璃棒,玻璃捧下端紧靠三层滤纸.漏斗下端紧靠烧杯内壁。 ②必要时洗涤沉淀物(在过滤器中加少量水),不可搅拌 |
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