Question

18．錳是冶煉工業(yè)中常用的添加劑．以碳酸錳礦（主要成分為MnCO₃，還含有鐵、鎳、鈷等碳酸鹽雜質(zhì)）為原料生產(chǎn)金屬錳的工藝流程如下：

已知25℃，部分物質(zhì)的溶度積常數(shù)如下：

物質(zhì)	Mn（OH）2	Co（OH）2	Ni（OH）2	MnS	CoS	NiS
Ksp	2.1×10-13	3.0×10-16	5.0×10-16	1.0×10-11	5.0×10-22	1.0×10-22

（1）步驟Ⅰ中，MnCO₃與硫酸反應(yīng)的化學方程式是MnCO₃+H₂SO₄=MnSO₄+CO₂↑+H₂O．
（2）步驟Ⅱ中，MnO₂在酸性條件下可將Fe²⁺離子氧化為Fe³⁺，則該反應(yīng)過程中的離子方程式是MnO₂+2Fe²⁺+4H⁺=Mn²⁺+2Fe³⁺+2H₂O，加氨水調(diào)節(jié)溶液的pH為5.0-6.0，以除去Fe³⁺．
（3）步驟Ⅲ中，濾渣2的主要成分是CoS和NiS．
（4）步驟Ⅳ中，在陰（填“陰”或“陽”）極析出Mn，電極反應(yīng)方程式為Mn²⁺+2e^-=Mn．
（5）已知：S（s）+O₂（g）=SO₂（g）△H=a kJ•mol^-1
Mn（s）+S（s）+2O₂（g）=MnSO₄（s）△H=b kJ•mol^-1
MnO₂（s）+SO₂（g）=MnSO₄（s）△H=c kJ•mol^-1，則Mn的燃燒熱△H=-（ a+c-b） kJ•mol^-1．
（6）按照圖示流程，含MnCO₃質(zhì)量分數(shù)為57.5%的碳酸錳礦a kg，最終得到Mn的質(zhì)量為110b kg，忽略中間過程的損耗，則除雜質(zhì)時，所引入的錳元素相當于MnO₂174b-0.435akg．[MnCO₃摩爾質(zhì)量115g/mol，MnO₂摩爾質(zhì)量87g/mol]．

Answer 1

分析 向碳酸錳礦（主要成分為MnCO₃，還含有鐵、鎳、鈷等碳酸鹽雜質(zhì)）中加入硫酸，可以發(fā)生反應(yīng)生成硫酸鹽，向其中就如具有氧化性的二氧化錳，可以將亞鐵離子氧化為鐵離子，調(diào)節(jié)pH可以將氫氧化鐵沉淀下來，向濾液中加入硫化銨，可以將鎳離子、鈷離子形成硫化物沉淀下來，最后對得到的含有錳離子的鹽電解，可以得到金屬錳．
（1）加稀硫酸時樣品中的MnCO₃和硫酸反應(yīng)生成可溶性的MnSO₄，并產(chǎn)生二氧化碳和水；
（2）據(jù)得失電子守恒有MnO₂+2Fe²⁺--Mn²⁺+2Fe³⁺，再據(jù)電荷守恒有MnO₂+2Fe²⁺+4H⁺--Mn²⁺+2Fe³⁺，最后據(jù)原子守恒得MnO₂+2Fe²⁺+4H⁺=Mn²⁺+2Fe³⁺+2H₂O；
（3）由于在第一次過濾之后的濾液中含有Mn²⁺、Ni²⁺、Co²⁺，向其中加入（NH₄）₂S，根據(jù)各物質(zhì)的溶度積常數(shù)可確定有CoS和NiS沉淀（濾渣2）生成；
（4）由于第二次過濾后的濾液中主要含有NiSO₄，電解該溶液時Ni²⁺在陰極上被還原：Mn²⁺+2e^-=Mn；
（5）Mn的燃燒熱是1molMn完全燃燒生成穩(wěn)定氧化物MnO₂（s）放出的熱量，結(jié)合熱化學方程式和蓋斯定律計算得到；
（6）按照圖示流程，含MnCO₃質(zhì)量分數(shù)為57.5%的碳酸錳礦a kg，最終得到Mn的質(zhì)量為110b kg，忽略中間過程的損耗，除雜質(zhì)時，所引入的錳元素和原來碳酸錳中錳元素總和為110b kg，據(jù)此列式計算；

解答 解：（1）加稀硫酸時樣品中的MnCO₃和硫酸反應(yīng)生成可溶性的MnSO₄，并產(chǎn)生二氧化碳和水，步驟Ⅰ中，MnCO₃與硫酸反應(yīng)的化學方程式為：MnCO₃+H₂SO₄=MnSO₄+CO₂↑+H₂O；
故答案為：MnCO₃+H₂SO₄=MnSO₄+CO₂↑+H₂O；
（2）步驟Ⅱ中，MnO₂在酸性條件下可將Fe²⁺離子氧化為Fe³⁺，反應(yīng)的離子方程式是據(jù)得失電子守恒有MnO₂+2Fe²⁺-Mn²⁺+2Fe³⁺，再據(jù)電荷守恒有MnO₂+2Fe²⁺+4H⁺-Mn²⁺+2Fe³⁺，最后據(jù)原子守恒得，MnO₂+2Fe²⁺+4H⁺=Mn²⁺+2Fe³⁺+2H₂O；
故答案為：MnO₂+2Fe²⁺+4H⁺=Mn²⁺+2Fe³⁺+2H₂O；
（3）由于在第一次過濾之后的濾液中含有Mn²⁺、Ni²⁺、Co²⁺，向其中加入（NH₄）₂S，根據(jù)各物質(zhì)的溶度積常數(shù)可確定有CoS和NiS沉淀（濾渣2）生成；
故答案為：CoS和NiS；
（4）由于第二次過濾后的濾液中主要含有NiSO₄，電解該溶液時Ni²⁺在陰極上被還原：Mn²⁺+2e^-=Mn；
故答案為：陰，Mn²⁺+2e^-=Mn；
（5）①S（s）+O₂（g）=SO₂（g）△H=a kJ•mol^-1
②Mn（s）+S（s）+2O₂（g）=MnSO₄（s）△H=b kJ•mol^-1
③MnO₂（s）+SO₂（g）=MnSO₄（s）△H=c kJ•mol^-1，則Mn的燃燒熱
蓋斯定律計算得到②-①-③得到Mn（s）+O₂（g）=MnO₂（s）△H=-（ a+c-b）kJ•mol^-1
 故答案為：-（a+c-b） kJ•mol^-1；
（6）按照圖示流程，含MnCO₃質(zhì)量分數(shù)為57.5%的碳酸錳礦a kg，最終得到Mn的質(zhì)量為110b kg，忽略中間過程的損耗，除雜質(zhì)時，所引入的錳元素和原來碳酸錳中錳元素總和為110b kg，設(shè)引入的錳元素相當于MnO₂物質(zhì)的量為x，
$\frac{a×57.5%}{115}$+x=$\frac{110b}{55}$
x=$\frac{110b}{55}$-$\frac{a×57.5%}{115}$
相當于MnO₂質(zhì)量=（$\frac{110b}{55}$-$\frac{a×57.5%}{115}$）×87=（174b-0.435a ）kg
故答案為：174b-0.435a；

點評 本題考查了物質(zhì)分離的流程分析，物質(zhì)性質(zhì)，分離提純物質(zhì)的實驗設(shè)計和本質(zhì)分析應(yīng)用，掌握基礎(chǔ)是關(guān)鍵，題目難度中等．