Question

软锰矿主要成分为MnO₂，还含有CaCO₃、Fe₂O₃、Al₂O₃等杂质。工业上利用软锰矿制取碳酸锰(MnCO₃)流程如下：

其中，还原焙烧主反应为：2MnO₂+C=2MnO+CO₂↑。根据要求回答问题：

（1）步骤D中Fe²⁺被氧化，该反应的离子方程式为                 。

（2）步骤H的离子方程式为                                        。

（3）加入Na₂S可以除去Pb²⁺、Al³⁺等离子。已知K_sp(PbS)=1×10^-28   K_sp(MnS)= 1×10^-9.6 ，当溶液中c(Pb²⁺)=1×10^-5mol·L^-1时，溶液中c(Mn²⁺)允许的最大值为         。

（4）pH=0的溶液中，不同价态锰的微粒的能量（△G）如右图。若某种含锰微粒（如Mn³⁺）的能量处于相邻价态两种微粒（Mn²⁺和MnO₂）能量连线左上方，则该微粒不稳定并发生歧化反应，转化为相邻价态的微粒。

①MnO₄^2—能否稳定存在于pH=0的溶液中？答：______________（“能”或“不能”）；

②将Mn³⁺歧化反应设计为原电池，可测定反应平衡常数。电池负极反应为          ，平衡常数表达式为        ；

③实验室可利用以下反应检验Mn²⁺存在：2Mn²⁺ + 5S₂O₈^2- + 8H₂O → 16H⁺ + 10SO₄^2- + 2MnO₄^-

确认Mn²⁺存在的现象是                   ；检验时必须控制Mn²⁺浓度和用量不能过大，否则实验失败。理由是                                            。

Answer

（1）2Fe2++MnO2+4H+==2Fe3++Mn2++2H2O

（2）Mn2++2HCO3—= MnCO3↓+CO2↑+H2O （3）1×1013.4 mol·L-1

（4）①不能 ② Mn3++2H2O－e- =MnO2+4H+ K=c(Mn2+)·c4(H+)/c2(Mn3+)

③溶液呈紫红色 过量的Mn2+能与反应生成的MnO4-反应，影响实验现象的观察

【解析】

试题分析：软锰矿主要成分为MnO2，还含有CaCO3、Fe2O3、Al2O3等杂质，还原焙烧主反应为：2MnO2+C=2MnO+CO2↑，加入硫酸浸取后的滤液中加入二氧化锰可氧化溶液中的Fe2+，再加入氢氧化钠调pH使Fe3+沉淀完全，再在滤液中加入硫化钠可除去Pb2+、Al3+等离子，滤液中加入碳铵与Mn2+反应生成MnCO3，分离烘干可得到成品；

（1）步骤D中Fe2+被MnO2氧化，该反应的离子方程式为2Fe2++MnO2+4H+==2Fe3++Mn2++2H2O；

（2）步骤H中，Mn2+和碳酸氢铵反应制取MnCO3，离子方程式为Mn2++2HCO3—=MnCO3↓+CO2↑+H2O；

（3）Ksp(PbS)=1×10-28Ksp(MnS)=1×10-9.6，当溶液中c(Pb2+)=1×10-5mol·L-1时，c(S2-)=Ksp(PbS)/c(Pb2+)=1×10-23mol·L-1，则溶液中c(Mn2+)允许的最大值为Ksp(MnS)/1×10-23=1×1013.4mol·L-1；

（4）①由图像可知，MnO42—的能量处于相邻价态两种微粒（MnO4—和MnO2）能量连线左上方，则该微粒不稳定并发生歧化反应，转化为相邻价态的微粒；

②Mn3+歧化反应会生成Mn2+和MnO2，方程式为2Mn3++2H2O=Mn2++MnO2+4H+，设计成原电池，负极反应为Mn3++2H2O－e-=MnO2+4H+，平衡常数表达式为K=c(Mn2+)·c4(H+)/c2(Mn3+)；

③MnO4-是紫红色，所以确认Mn2+存在的现象是溶液呈紫红色；检验时必须控制Mn2+浓度和用量不能过大，因为过量的Mn2+能与反应生成的MnO4-反应，影响实验现象的观察。

考点：物质的分离与提纯，氧化还原反应，溶度积常数