高中化学 化学工艺锰元素 练习题(含答案)

高考化学冲刺新题型大三轮微考点—化学工艺流程题

锰（Mn）元素

1．(2019·全国卷Ⅲ·节选)高纯硫酸锰作为合成镍钴锰三元正极材料的原料，工业上可由天然二氧化锰粉与硫化锰矿(还含Fe、Al、Mg、Zn、Ni、Si等元素)制备，工艺如图所示。回答下列问题：

相关金属离子[c0(M n＋)＝0.1 mol·L－1]形成氢氧化物沉淀的pH范围如下：

金属离子Mn2＋Fe2＋Fe3＋Al3＋Mg2＋Zn2＋Ni2＋

开始沉淀

8.1 6.3 1.5 3.4 8.9 6.2 6.9

的pH

沉淀完全

10.1 8.3 2.8 4.7 10.9 8.2 8.9

的pH

(1)“滤渣1”含有S和________；写出“溶浸”中二氧化锰与硫化锰反应的化学方程式________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

(2)“氧化”中添加适量的MnO2的作用是________。

(3)“调pH”除铁和铝，溶液的pH范围应调节为______～6之间。

(4)“除杂1”的目的是除去Zn2＋和Ni2＋，“滤渣3”的主要成分是________。

解析：(1)硫化锰矿及二氧化锰粉末中加入硫酸后，发生氧化还原反应：MnO2＋MnS＋2H2SO4===2MnSO4＋S＋2H2O，故滤渣1的主要成分为S和SiO2(不溶性硅酸盐)。

(2)Fe2＋沉淀完全时，Mn2＋已经开始沉淀，故加入MnO2是为了将溶液中的Fe2＋氧化为Fe3＋，便于除去。

(3)除去Fe3＋及Al3＋，应使二者沉淀完全，故pH应大于4.7。

(4)锌和镍的硫化物都难溶于水，故“滤渣3”的主要成分为ZnS、NiS。

答案：(1)SiO2(不溶性硅酸盐)MnO2＋MnS＋2H2SO4===2MnSO4＋S＋2H2O(2)将Fe2＋氧化为Fe3＋(3)4.7(4)NiS和ZnS

2．(2019·广西名校联考)碳酸锰(MnCO3)是制造电信器材的软磁铁氧体，也用作脱硫的催化剂，瓷釉、涂料和清漆的颜料。工业上利用软锰矿(主要成分是MnO2，还含有Fe2O3、CaCO3、CuO等杂质)制取碳酸锰的流程如下图所示：

已知：还原焙烧的主反应为2MnO 2＋C=====焙烧

2MnO ＋CO 2↑。 可能用到的数据如下：

氢氧化物 Fe(OH)3 Fe(OH)2 Cu(OH)2 Mn(OH)2 开始沉淀pH 1.5 6.5 4.2 8.3 沉淀完全pH

3.7

9.7

7.4

9.8

(1)在实验室进行步骤A 操作时，需要用到的主要仪器名称为________。

(2)步骤C 中得到的滤渣主要成分是CaSO 4和________，步骤D 中还原剂与氧化剂的物质的量之比为________。

(3)步骤E 中调节pH 的范围为________，其目的是_____________________ _____________________________________________________。 (4)步骤G 发生的离子方程式为____________________________，

若Mn 2＋

沉淀完全时测得溶液中CO 2－

3的浓度为2.2×

10－

6 mol·L －

1，则K sp (MnCO 3)＝________。 (5)实验室可以用Na 2S 2O 8溶液来检验Mn 2＋

是否完全发生反应，原理为Mn 2＋

＋S 2O 2－

8＋H 2O ―→H ＋

＋SO 2－

4＋

MnO －4，确认Mn 2＋

已经完全反应的现象是______________________________________________________ _____________________________________________________。

[解析] (2)步骤C 中得到的滤渣是不溶于水的Cu 和微溶的CaSO 4，步骤D 中加入MnO 2氧化溶液中的Fe 2

＋

，其中Mn 从＋4价降为＋2价，Fe 从＋2价升高为＋3价，Fe 2＋

是还原剂，根据电子守恒，还原剂与氧

化剂的物质的量之比为2∶1。

(3)由图表可知为了使Fe 3＋

转化为Fe(OH)3而除去，而不影响Mn 2＋

，步骤E 中调节pH 的范围为大于Fe(OH)3的沉淀的pH 而小于Mn 2＋形成沉淀需要的pH ，即选择条件为3.7≤pH<8.3(或3.7

(4)在含有Mn 2＋

的溶液中加入NH 4HCO 3生成MnCO 3沉淀，发生反应的离子方程式为Mn 2＋

＋2HCO －

3

===MnCO 3↓＋CO 2↑＋H 2O ，Mn 2＋

沉淀完全时其浓度为1×10－

5 mol·L －

1，溶液中CO 2－

3的浓度为2.2×10－

6 mol·L －

1，则K sp (MnCO 3)＝(1×10－

5 mol·L －

1)×(2.2×10－

6 mol·L －

1)＝2.2×10

－11

。

(5)可利用Na 2S 2O 8溶液与Mn 2＋

反应生成MnO －

4(紫色)来检验Mn 2＋

是否存在。

[答案] (1)坩埚 (2)Cu 2∶1 (3) 3.7≤pH<8.3(或3.7

转化为Fe(OH)3而除去，不影响Mn 2＋

(4)Mn 2＋

＋2HCO －

3===MnCO 3↓＋CO 2↑＋H 2O 2.2×10－11

(5)取少量试样于试管中，滴入Na 2S 2O 8溶

液，溶液不变为紫色则Mn 2＋

已完全反应