Question

【題目】工業上利用軟錳礦（主要成分為MnO2，同時含少量鐵、鋁等的化合物）制備硫酸錳的常見流程如下：

部分金屬陽離子以氫氧化物形式完全沉淀時溶液的pH見下表：

沉淀物	Al(OH)3	Fe(OH)3	Fe(OH)2	Mn(OH)2
pH	5.2	3.2	9.7	10.4

（1）一氧化錳用硫酸酸浸時發生的主要反應的離子方程式為____________________。酸浸后加入MnO2將溶液中的Fe2＋氧化成Fe3＋，其目的是___________。

（2）濾渣A的成分除MnO2外，還有_______________。

（3）MnO2是制造堿性鋅錳電池的基本原料，放電時負極的電極反應式為________。工業上以石墨為電極電解酸化的MnSO4溶液生產MnO2，陽極的電極反應式為_________，當陰極產生4.48L（標況）氣體時，MnO2的理論產量為______g。

（4）錳的三種難溶化合物的溶度積：Ksp(MnCO3)＝1.8×10－11，Ksp[Mn(OH)2]＝1.9×10－13，Ksp(MnS)＝2.0×10－13，則上述三種難溶物的飽和溶液中，Mn2＋濃度由大到小的順序是_______＞_______＞_______（填寫化學式）。

Answer 1

【答案】MnO＋2H＋＝Mn2＋＋H2O 確保鐵元素在后續操作中完全轉化為氫氧化物沉淀而除去 Al(OH)3、Fe(OH)3 Zn＋2OH－－2e－＝Zn(OH)2 Mn2＋＋2H2O－2e－＝MnO2＋4H＋ 17.4 Mn(OH)2 MnCO3 MnS

【解析】

軟錳礦（主要成分為MnO2，同時含少量鐵、鋁等的化合物）加入碳粉焙燒，MnO2轉化為一氧化錳，用稀硫酸浸取，一氧化錳轉化為MnSO4，同時鐵和鋁也和稀硫酸反應進入溶液中，用MnO2氧化Fe2+成為Fe3+，便于通過調節溶液的PH使之轉化為Fe(OH)3沉淀而除去。調節溶液的PH至5.4時，Fe3+和Al3+都成為氫氧化物而除去，濾液中主要含有Mn2+，用來制取硫酸錳。

（1）一氧化錳用硫酸酸浸時生成硫酸錳和水，因此發生反應的離子方程式為MnO＋2H＋＝Mn2＋＋H2O；根據表中數據可知，氫氧化亞鐵完全沉淀時的pH值是9.7，因此在pH等于5.4的條件下不能沉淀無法除去。而氫氧化鐵完全沉淀時的pH值只有3.2，所以酸浸后加入MnO2將溶液中的Fe2＋氧化成Fe3＋的目的是保鐵元素在后續操作中完全轉化為氫氧化物沉淀而除去。

（2）根據表中數據可知，在pH等于5.4的條件下鋁離子與鐵離子已經完全轉化為氫氧化物沉淀，因此濾渣A的成分除MnO2外，還有Al(OH)3、Fe(OH)3。

（3）MnO2是制造堿性鋅錳電池的基本原料，而原電池中負極失去電子，發生氧化反應，該原電池中鋅是負極，則放電時負極的電極反應式為Zn＋2OH－－2e－＝Zn(OH)2；電解池中陽極失去電子，發生氧化反應，則工業上以石墨為電極電解酸化的MnSO4溶液生產MnO2，則錳離子在陽極放電，因此陽極的電極反應式為Mn2＋＋2H2O－2e－＝MnO2＋4H＋；電解池中陰極得到電子，發生還原反應，則陰極是溶液中的氫離子放電產生氫氣。當陰極產生4.48L（標況）氫氣，其物質的量是0.2mol，轉移0.2mol×2＝0.4mol電子，所以根據電子守恒可知，陽極生成二氧化錳的物質的量是0.2mol，則MnO2的理論產量為0.2mol×87g/mol＝17.4g。

（4）錳的三種難溶化合物的溶度積：Ksp(MnCO3)＝1.8×10－11，Ksp[Mn(OH)2]＝1.9×10－13，Ksp(MnS)＝2.0×10－13，由于碳酸錳與硫化錳的組成特點相似，因此溶液中的錳離子濃度與溶度積常數成正比，即溶度積常數越大，錳離子濃度越大，所以Mn2＋濃度是MnCO3＞MnS。根據溶度積常數可知，碳酸錳和氫氧化錳溶液中Mn2＋濃度分別為、，顯然前者小于后者，所以上述三種難溶物的飽和溶液中，Mn2＋濃度由大到小的順序是Mn(OH)2＞MnCO3＞MnS。