Question

【題目】工業上利用軟錳礦漿(軟錳礦的主要成分是MnO2,還含有硅、鐵、鋁、鈣、鎂和少量重金屬鎳的化合物等雜質)為原料制取電解錳和四氧化三錳。

注:過量的軟錳礦將Fe2+氧化為Fe3+。

(1)纖維素[(C6H10O5)n]還原MnO2時，發生反應的化學方程式為_______。

(2)已知:Kp[Al(OH)3]=1×10-33,Ksp[Fe(OH)3]=3×10-39,加入NH3·H2O后，Al3+濃度為l×10-6mol/L時，溶液中Fe3+濃度為_________

(3)pH對除鎳效果的影響如圖1:

控制pH為4.5~5.0除鎳效果最好，原因是__________

(4)電解MnSO4溶液制備電解錳，用惰性電極電解，陽極的電極反應式為________，為保證電解的順利進行，電解液必須保持一定的Mn2+濃度。Mn2+濃度和電流效率的關系如圖2所示。由圖可知當Mn2+濃度大于22g/L時，電流效率隨Mn2+濃度增大反而下降，其原因是________。

(5)MnSO4溶液制備四氧化三錳。氨水作沉淀劑，沉淀被空氣氧化所得產品的X射線圖見圖3。

Mn2+形成Mn(OH)2時產生少量Mn2(OH)2SO4,加入NH4Cl會影響Mn2(OH)2SO4的氧化產物，寫出NH4Cl存在時，Mn2(OH)2SO4被O2氧化發生反應的離子方程式___________。

Answer 1

【答案】 12nMnO2+(C6H10O5)n+12nH2SO4=12nMnSO4+6nCO2+17nH2O 3×10-12mol/L pH過低，會與硫化鋇產生硫化氫氣體;pH過高，Mn2+被沉淀 2H2O-4e-=O2↑+4H+或4OH--4e-=O2↑+2H2O Mn2+濃度增大，容易產生Mn(OH)2沉淀 3Mn2(OH)2SO4+O2=2Mn3O4+6H++3SO42-

【解析】（1）纖維素[(C6H10O5)n]具有還原性，MnO2具有氧化性，二者可發生氧化還原反應，發生反應的化學方程式為：12nMnO2+(C6H10O5)n+12nH2SO4=12nMnSO4+6nCO2+17nH2O，答案為：12nMnO2+(C6H10O5)n+12nH2SO4=12nMnSO4+6nCO2+17nH2O

（2）Kp[Al(OH)3]=c(Al3+)×c3(OH-)=1×10-33,所以c3(OH-)=1×10-27；,Ksp[Fe(OH)3]= c(Fe3+)×c3(OH-)=3×10-39，所以c(Fe3+)==3mol/L，答案為：3×10-12mol/L

（3）pH過低，會與硫化鋇反應產生硫化氫氣體，pH過高，Mn2+被沉淀，并且根據表中的數據知道，當pH小于4.2的時候，鎳離子隨pH的減小而殘留率增加，當pH大于5的時候，鎳離子隨pH的增大而殘留率增加，所以控制pH為4.55.0鎳離子的含量最小，除鎳效果最好；答案為：pH過低，會與硫化鋇產生硫化氫氣體，pH過高，Mn2+被沉淀

(4)“電解”時用惰性電極電解，陽極發生氧化反應，應該是水電離出的氫氧根離子放電，電極反應式為：2H2O-4e-=O2↑+4H+或4OH--4e-=O2↑+2H2O；當Mn2+濃度大于22g/L時，容易產生Mn(OH)2沉淀，電流效率反而下降；答案為：2H2O-4e-=O2↑+4H+或4OH--4e-=O2↑+2H2O，Mn2+濃度增大，容易產生Mn(OH)2沉淀

(5)由X射線圖可知，未加NH4Cl時Mn2(OH)2SO4的氧化產物主要是MnO2，加NH4Cl時Mn2(OH)2SO4的氧化產物主要是Mn3O4，因此NH4Cl存在時，Mn2(OH)2SO4被O2氧化發生反應的離子方程式為：3Mn2(OH)2SO4+O2=2Mn3O4+6H++3SO42-；答案為：3Mn2(OH)2SO4+O2=2Mn3O4+6H++3SO42-