Question

【題目】錳是一種銀白色的脆性金屬，強度不如鐵，但把錳加到鋼鐵中，竟然能使鋼鐵的強度提高4～8倍，而且還提高了鋼的耐磨性，所以錳鋼在工農業生產及國防建設中有著廣泛的用途。

用陰離子膜電解法的新技術從含有MnCO3、MnO2、FeCO3、SiO2、Al2O3等成分的錳礦石中提取金屬錳，其工藝流程如下：

已知FeCO3、MnCO3難溶于水．

（1）設備1中反應后，濾液1里錳元素只以Mn2+的形式存在，且濾渣1中也無MnO2．則濾渣1的主要成分是_________(填化學式)。

（2）設備1中發生氧化還原反應的離子方程式是_________。

（3）設備2中加足量雙氧水的作用是_________。設計實驗方案檢驗濾液2中是否存在Fe2+:_________。

（4）設備4中加入過量氫氧化鈉溶液，沉淀部分溶解．用化學平衡移動原理解釋原因：_________。

（5）設備3中用陰離子膜法提取金屬錳的電解裝置如圖：

①電解裝置中箭頭表示溶液中陰離子移動的方向，則A電極是直流電源的_________極。實際生產中，陽極以稀硫酸為電解液，其電極反應式為_________。

②該工藝之所以采用陰離子交換膜，是為了防止Mn2+進入陽極區發生副反應生成MnO2造成資源浪費，寫出該副反應的電極反應式_________。

Answer 1

【答案】（1）SiO2；（2）2Fe2++MnO2+4H+=2Fe3++Mn2++2H2O 或2FeCO3+MnO2+8H+=2Fe3++Mn2++CO2↑+4H2O；

（3）將Fe2+完全氧化為Fe3+；取濾液2，加入鐵氰化鉀溶液，如果有藍色沉淀產生，則有Fe2+，否則沒有Fe2+；（4）濾渣2中存在Al(OH)3，存在電離平衡：Al3++3OH-Al(OH)3AlO2-+H++H2O，加入NaOH溶液，H+被中和，濃度減低，Al(OH)3不斷溶解；

（5）①負極；4OH--4e-=2H2O+O2↑；②Mn2++2H2O-2e-=MnO2+4H+。

【解析】

試題分析：錳礦物的主要成分有MnCO3、MnO2、FeCO3、SiO2、Al2O3等，用硫酸溶解，SiO2不硫酸反應，MnCO3、FeCO3、Al2O3與硫酸反應得到MnSO4、FeSO4、Al2(SO4)3，而濾液1里錳元素只以Mn2+的形式存在，且濾渣1中也無MnO2，酸性條件下MnO2將Fe2+離子氧化為Fe3+離子，過濾除去二氧化硅等不溶物，濾渣1為SiO2等不溶物．濾液1中加入過氧化氫將Fe2+離子氧化為Fe3+離子，再加入氨水調節溶液pH使Fe3+、Al3+轉化為Fe(OH)3、Al(OH)3沉淀，過濾分離，濾液2中含有MnSO4、NH4SO4等，濾渣2為Fe(OH)3、Al(OH)3，向濾渣2中加入氫氧化鈉，氫氧化鋁溶解得到NaAlO2，過濾分離．濾液2電解得到Mn。

（1）根據分析可知，濾渣1的主要成分是SiO2，故答案為：SiO2；

（2）設備1中發生氧化還原反應：二氧化錳在酸性條件下將+2價鐵氧化為鐵離子，二氧化硫被還原得到Mn2+，反應離子方程式為：2Fe2++MnO2+4H+=2Fe3++Mn2++2H2O 或2FeCO3+MnO2+8H+=2Fe3++Mn2++CO2↑+4H2O，故答案為：2Fe2++MnO2+4H+=2Fe3++Mn2++2H2O 或2FeCO3+MnO2+8H+=2Fe3++Mn2++CO2↑+4H2O；

（3）設備2中加足量雙氧水將Fe2+離子氧化為Fe3+離子，便于調節pH時轉化為沉淀除去，檢驗濾液2中是否存在Fe2+的方案為：取濾液2，加入鐵氰化鉀溶液，如果有藍色沉淀產生，則有Fe2+，否則沒有Fe2+，故答案為：將Fe2+完全氧化為Fe3+；取濾液2，加入鐵氰化鉀溶液，如果有藍色沉淀產生，則有Fe2+，否則沒有Fe2+；

（4）根據分析可知，濾渣2中存在Al(OH)3，存在電離平衡：Al3++3OH-Al(OH)3AlO2-+H++H2O，加入NaOH溶液，H+被中和，濃度減低，導致Al(OH)3不斷溶解，故答案為：濾渣2中存在Al(OH)3，存在電離平衡：Al3++3OH-Al(OH)3AlO2-+H++H2O，加入NaOH溶液，H+被中和，濃度減低，Al(OH)3不斷溶解；

（5）①電解裝置中箭頭表示溶液中陰離子移動的方向，則左室為陰極室，右室為陽極室，A為電源的負極，B為電源的陽極，陽極以稀硫酸為電解液，溶液中氫氧根離子放電生成氧氣，電極反應為：4OH--4e-=2H2O+O2↑，故答案為：負極；4OH--4e-=2H2O+O2↑；

②Mn2+進入陽極區，發生氧化反應生成MnO2，需要有水參與反應，根據電荷守恒可知有氫離子生成，該副反應的電極反應式：Mn2++2H2O-2e-=MnO2+4H+，故答案為：Mn2++2H2O-2e-=MnO2+4H+。