Question

（9分）某種碳酸錳礦的主要成分有MnCO₃、MnO₂、FeCO₃、MgO、SiO₂、Al₂O₃等。已知碳酸錳難溶于水。一種運用陰離子膜電解法的新技術可用于從碳酸錳礦中提取金屬錳，流程如下：

陰離子膜法電解裝置如下圖所示：

（1）寫出用稀硫酸溶解碳酸錳反應的離子方程式：                                    。
（2）已知Ksp (Fe(OH)₃) =" 4" ´10^–38，假設溶液中Fe³⁺離子濃度為0．1 mol·L^–1，則開始生成Fe(OH)₃沉淀的pH是_________，沉淀完全的pH是_________。（可能用到的數據：lg= -0．1  lg=0．2）
（3）已知不同金屬離子生成氫氧化物沉淀所需的pH如下表：

離子	Fe3+	A13+	Fe2+	Mn2+	Mg2+
開始沉淀的pH	1．2	3．7	7．0	7．8	9．3
沉淀完全的pH	3．7	4．7	9．6	9．8	10．8

 
加氨水調節溶液的pH等于6，則“濾渣（待處理）”的成分是           （寫化學式），濾液中含有的陽離子有H⁺和          （寫符號）。
（4）在浸出液里錳元素只以Mn²⁺的形式存在，且濾渣A中也無MnO₂，請用離子方程式解釋原因：                                                                              。
（5）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，陽極的電極反應式為                                     。
（6）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

（9分）
（1）MnCO₃＋2H⁺＝Mn²⁺＋CO₂↑＋H₂O
（2）1．9    3．2
（3）Al(OH)₃、Fe(OH)₃        Mn²⁺、Mg²⁺、NH₄⁺
（4）MnO₂+2Fe²⁺+4H⁺=Mn²⁺+2Fe³⁺+2H₂O
（5）負極    4OH^-－4e^-＝O₂↑＋2H₂O
（6）Mn²⁺－2e^-＋2H₂O＝MnO₂＋4H⁺

解析試題分析：（1）硫酸為可溶性強電解質可拆，碳酸錳難溶于水，不可拆，所以反應的離子方程式：MnCO₃＋2H⁺＝Mn²⁺＋CO₂↑＋H₂O
（2）由Ksp (Fe(OH)₃) =" 4" ´10^–38=c（Fe³⁺）c³（OH^-）可知：c³（OH^-）="4" ´10^–37，又因為c（H⁺）="Kw/" c³（OH^-），pH="-" lg c（H⁺）。所以開始生成Fe(OH)₃沉淀的pH是1．9。殘留在溶液中的離子濃度小于1×10^-5 mol?L^-1時就認為沉淀完全，同理可得沉淀完全的pH是3．2
（3）加氨水調節溶液的pH等于6，Fe³⁺ A1³⁺沉淀完全，則“濾渣（待處理）”的成分是Al(OH)₃、Fe(OH)₃，Fe²⁺被雙氧水完全氧化成Fe³⁺，濾液中含有的陽離子有H⁺、Mn²⁺、Mg²⁺。
（4）MnO₂在酸性條件下被Fe²⁺還原成了Mn²⁺，所以在浸出液里錳元素只以Mn²⁺的形式存在，用離子方程式解釋原因為MnO₂+2Fe²⁺+4H⁺=Mn²⁺+2Fe³⁺+2H₂O
（5）電解過程中溶液中陰離子向陽極移動，所以電解池中左邊為陰極，與電池的負極相連，右邊為陽極，與電池的正極相連。陽極失電子，陽極為惰性電極時，溶液的陰離子失電子。S^2->I^->Br^->Cl^->OH^->含氧酸根>F^-，所以陽極的電極反應式為4OH^-－4e^-＝O₂↑＋2H₂O。
（6）Mn²⁺進入陽極區會失電子生成MnO₂所以該副反應的電極反應式為Mn²⁺－2e^-＋2H₂O＝MnO₂＋4H⁺
考點：原電池和電解池原理