Question

锰是一种银白色的脆性金属，强度不如铁，但把锰加到钢铁中，竟然能使钢铁的强度提高4～8倍，而且还提高了钢的耐磨性，所以锰钢在工农业生产及国防建设中有着广泛的用途。

用阴离子膜电解法的新技术从含有MnCO₃、MnO₂、FeCO₃、SiO₂、Al₂O₃等成分的锰矿石中提取金属锰，其工艺流程如下：

已知FeCO₃、MnCO₃难溶于水．

（1）设备1中反应后，滤液1里锰元素只以Mn²⁺的形式存在，且滤渣1中也无MnO₂．则滤渣1的主要成分是_________(填化学式)。

（2）设备1中发生氧化还原反应的离子方程式是_________。

（3）设备2中加足量双氧水的作用是_________。设计实验方案检验滤液2中是否存在Fe^2+:_________。

（4）设备4中加入过量氢氧化钠溶液，沉淀部分溶解．用化学平衡移动原理解释原因：_________。

（5）设备3中用阴离子膜法提取金属锰的电解装置如图：

①电解装置中箭头表示溶液中阴离子移动的方向，则A电极是直流电源的_________极。实际生产中，阳极以稀硫酸为电解液，其电极反应式为_________。

②该工艺之所以采用阴离子交换膜，是为了防止Mn²⁺进入阳极区发生副反应生成MnO₂造成资源浪费，写出该副反应的电极反应式_________。

Answer

（1）SiO2；（2）2Fe2++MnO2+4H+=2Fe3++Mn2++2H2O 或2FeCO3+MnO2+8H+=2Fe3++Mn2++CO2↑+4H2O；

（3）将Fe2+完全氧化为Fe3+；取滤液2，加入铁氰化钾溶液，如果有蓝色沉淀产生，则有Fe2+，否则没有Fe2+；（4）滤渣2中存在Al(OH)3，存在电离平衡：Al3++3OH-Al(OH)3AlO2-+H++H2O，加入NaOH溶液，H+被中和，浓度减低，Al(OH)3不断溶解；

（5）①负极；4OH--4e-=2H2O+O2↑；②Mn2++2H2O-2e-=MnO2+4H+。

【解析】

试题分析：锰矿物的主要成分有MnCO3、MnO2、FeCO3、SiO2、Al2O3等，用硫酸溶解，SiO2不硫酸反应，MnCO3、FeCO3、Al2O3与硫酸反应得到MnSO4、FeSO4、Al2(SO4)3，而滤液1里锰元素只以Mn2+的形式存在，且滤渣1中也无MnO2，酸性条件下MnO2将Fe2+离子氧化为Fe3+离子，过滤除去二氧化硅等不溶物，滤渣1为SiO2等不溶物．滤液1中加入过氧化氢将Fe2+离子氧化为Fe3+离子，再加入氨水调节溶液pH使Fe3+、Al3+转化为Fe(OH)3、Al(OH)3沉淀，过滤分离，滤液2中含有MnSO4、NH4SO4等，滤渣2为Fe(OH)3、Al(OH)3，向滤渣2中加入氢氧化钠，氢氧化铝溶解得到NaAlO2，过滤分离．滤液2电解得到Mn。

（1）根据分析可知，滤渣1的主要成分是SiO2，故答案为：SiO2；

（2）设备1中发生氧化还原反应：二氧化锰在酸性条件下将+2价铁氧化为铁离子，二氧化硫被还原得到Mn2+，反应离子方程式为：2Fe2++MnO2+4H+=2Fe3++Mn2++2H2O 或2FeCO3+MnO2+8H+=2Fe3++Mn2++CO2↑+4H2O，故答案为：2Fe2++MnO2+4H+=2Fe3++Mn2++2H2O 或2FeCO3+MnO2+8H+=2Fe3++Mn2++CO2↑+4H2O；

（3）设备2中加足量双氧水将Fe2+离子氧化为Fe3+离子，便于调节pH时转化为沉淀除去，检验滤液2中是否存在Fe2+的方案为：取滤液2，加入铁氰化钾溶液，如果有蓝色沉淀产生，则有Fe2+，否则没有Fe2+，故答案为：将Fe2+完全氧化为Fe3+；取滤液2，加入铁氰化钾溶液，如果有蓝色沉淀产生，则有Fe2+，否则没有Fe2+；

（4）根据分析可知，滤渣2中存在Al(OH)3，存在电离平衡：Al3++3OH-Al(OH)3AlO2-+H++H2O，加入NaOH溶液，H+被中和，浓度减低，导致Al(OH)3不断溶解，故答案为：滤渣2中存在Al(OH)3，存在电离平衡：Al3++3OH-Al(OH)3AlO2-+H++H2O，加入NaOH溶液，H+被中和，浓度减低，Al(OH)3不断溶解；

（5）①电解装置中箭头表示溶液中阴离子移动的方向，则左室为阴极室，右室为阳极室，A为电源的负极，B为电源的阳极，阳极以稀硫酸为电解液，溶液中氢氧根离子放电生成氧气，电极反应为：4OH--4e-=2H2O+O2↑，故答案为：负极；4OH--4e-=2H2O+O2↑；

②Mn2+进入阳极区，发生氧化反应生成MnO2，需要有水参与反应，根据电荷守恒可知有氢离子生成，该副反应的电极反应式：Mn2++2H2O-2e-=MnO2+4H+，故答案为：Mn2++2H2O-2e-=MnO2+4H+。

【考点定位】考查制备实验方案的设计；电解原理

【名师点晴】本题通过锰的制备工艺流程，考查了制备方案的设计、阅读题目获取信息能力，题目难度中等，涉及物质的分离提纯、化学平衡移动、电解原理等知识，根据制备流程明确目的、实验原理为解答关键，试题综合性较大，需要学生具备扎实的基础知识与综合运用知识、信息进行解决问题的能力