Question

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(shù)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圖所示：
（1）寫出用稀硫酸溶解碳酸錳反應的離子方程式

 

．
（2）在浸出液里錳元素只以Mn²⁺的形式存在，且濾渣中也無MnO₂，請解釋原因

 

（寫出相關(guān)的化學
反應方程式）．
（3）已知不同金屬離子生成氫氧化物沉淀所需的pH 如表：

離子	Fe3+	Al3+	Fe2+	Mn2+	Mg2+
開始沉淀的pH	2.7	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(diào)節(jié)溶液的pH 等于6，則濾渣的成分是

 

，濾液中含有的陽離子有H⁺和

 

．
（4）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(chǎn)中，陽極以稀硫酸為電解液，陽極的電極反應式為

 

．
（5）該工藝之采用陰離子交換膜和陽極以稀硫酸為電解液，其目的是

 

，電解過程中每生產(chǎn)1kg 錳理論上可得到

 

 kg20%硫酸．

Answer 1

考點：電解原理,物質(zhì)的分離、提純的基本方法選擇與應用

專題：

分析：（1）稀硫酸溶解碳酸錳生成二氧化碳氣體，據(jù)此解答；
（2）MnO₂可以氧化亞鐵離子，MnO₂被亞鐵離子還原；
（3）據(jù)表上的數(shù)據(jù)回答即可；
（4）在電解池中陰離子移向陽極；溶液中的陰離子只有硫酸根離子和氫氧根離子，據(jù)離子放電順序解答；
（5）在陰極上得到Mn，錳離子在陽極易被氧化為MnO₂；據(jù)得失電子守恒，計算消耗氫氧根離子的物質(zhì)的量即可求得生成氫離子物質(zhì)的量計算．

解答： 解：（1）稀硫酸溶解碳酸錳生成二氧化碳氣體，碳酸錳不溶于水，其反應的離子方程式為：MnCO₃+2H⁺=Mn²⁺+CO₂↑+H₂O，故答案為：MnCO₃+2H⁺=Mn²⁺+CO₂↑+H₂O；（2）MnO₂可以氧化亞鐵離子，MnO₂被亞鐵離子還原了，離子方程式為：2Fe²⁺+MnO₂+4H⁺=2Fe³⁺+Mn²⁺+2H₂O，故答案為：2Fe²⁺+MnO₂+4H⁺=2Fe³⁺+Mn²⁺+2H₂O；
（3）據(jù)表上的數(shù)據(jù)可知，pH 等于6時，F(xiàn)e³⁺、Al³⁺沉淀完全，Mn²⁺、Mg²⁺、NH₄⁺還沒有開始沉淀，故答案為：Al（OH）₃、Fe（OH）₃；Mn²⁺、Mg²⁺、NH₄⁺；
（4）在電解池中陰離子移向陽極，所以B為正極，A為負極；溶液中的陰離子只有硫酸根離子和氫氧根離子，氫氧根離子首先放電，電極反應式為：4OH^--4e^-=O₂↑+2H₂O，故答案為：負極；4OH^--4e^-=O₂↑+2H₂O；
（5）錳離子在陽極易被氧化為MnO₂；每生成1kg錳，轉(zhuǎn)移電子物質(zhì)的量為

1000g

55g/mol

×2mol，則反應的氫氧根離子物質(zhì)的量為

1000g

55g/mol

×2mol，生成氫離子為

1000g

55g/mol

×2mol，生成硫酸的物質(zhì)的量為

1000

55

mol，質(zhì)量為：

1000

55

mol×98g/mol=1781.8g，得到20%硫酸的質(zhì)量為：

1.78kg

0.2

=8.9kg，
故答案為：防止在陽極生成MnO₂； 8.9kg．

點評：本題考查了離子方程式書寫、氧化還原反應、沉淀反應、電極反應式書寫、電子守恒的計算，題目濃度很大．