Question

[化学——选修2：化学与技术]

软锰矿（主要成分为MnO₂）可用于制备锰及其化合物。

（1）早期冶炼金属锰的一种方法是先煅烧软锰矿生成Mn₃O₄，再利用铝热反应原理制得锰，该铝热反应的化学方程式为_______________。

（2）现代冶炼金属锰的一种工艺流程如下图所示：

下表为t℃时，有关物质的pK_sp（注：pK_sp =－lgK_sp）。

物质	Fe(OH)3	Cu(OH)2	Ca(OH)2	Mn(OH)2	CuS	CaS	MnS	MnCO3
pKsp	37.4	19.32	5.26	12.7	35.2	5.86	12.6	10.7

软锰矿还原浸出的反应为：12MnO₂＋C₆H₁₂O₆＋12H₂SO₄ 12MnSO₄＋6CO₂↑＋18H₂O

①该反应中，还原剂为_______。写出一种能提高还原浸出速率的措施：_______。

②滤液1的pH_______（填“大于”、“小于”或“等于”）MnSO₄浸出液的pH。

③加入MnF₂的主要目的是除去          （填Ca²⁺、Fe³⁺或Cu²⁺）。

（3）由MnSO₄制取MnCO₃：往MnSO₄溶液中加入过量NH₄HCO₃溶液，该反应的离子方程式为____________；若往MnSO₄溶液中加入(NH₄)₂CO₃溶液，还会产生Mn(OH)₂，可能的原因是：MnCO₃(s)＋2OH^－(aq)Mn(OH)₂(s)＋CO₃^2-(aq)，t ℃时，计算该反应的平衡常数K＝       （填数值）。

Answer

（1）8Al + 3Mn3O44Al2O3+ 9Mn；

（2）①C6H12O6，升高反应温度（或将软锰矿研细等其他合理答案）；②大于；③Ca2+ ；

（3）Mn2++2HCO3-＝MnCO3↓+ H2O + CO2↑，100。

【解析】

试题分析：（1）铝热反应的实质利用铝的强金属性，把弱金属性金属置换出来，8Al + 3Mn3O44Al2O3+ 9Mn；

（2）①还原剂是失电子，化合价升高被氧化，根据上述化合价的分析，C6H12O6中H为＋1、O为－2，整个化合价的代数和为0，则C的化合价为0，CO2中C的化合价为＋4价，即还原剂为C6H12O6，MnO2中Mn的化合价为＋4价→＋2价，提高还原浸出速率的措施为：升高温度、研细软锰矿等；②软锰矿还原浸出得到MnSO4溶液，说明浸出液为稀硫酸，同时溶液中还含有Ca2＋、Fe3＋、Cu2＋等杂质，调节溶液的pH，Fe(OH)3的pKsp为37.4与其他离子相比最大，pKsp=－lgKsp，pKsp越大，沉淀溶解平衡常数越小，滤液1为形成Fe(OH)3沉淀，pKsp=－lgKsp=37.4，Ksp=10－37.4，Ksp=c(Fe3＋)×c2(OH－)，c(OH－)≈10－10，c(H＋)=1×10－4mol·L－1，pH=4，滤液1的pH大于MnSO4浸出液的pH；③向溶液中加热硫化铵，CuS的pKsp为35.2，可以将Cu2＋形成硫化物沉淀下来，再加入MnF2，形成CaF2沉淀，除去Ca2＋，最后得到的含有锰离子的盐电解，可以达到金属锰；

（3）Mn2＋和HCO3－发生成MnCO3、水和CO2，离子反应方程式为：Mn2++2HCO3-＝MnCO3↓+ H2O + CO2↑，由MnCO3(s)＋2OH－(aq) Mn(OH)2(s)＋CO32－(aq)可知，Ksp=c(CO32－)/c2(OH－)= [Ksp(MnCO3)/c(Mn2＋)] /[Ksp(Mn(OH)2)/c(Mn2＋)]=10－10.7/10－12.7=100。

考点：考查铝热反应、氧化还原反应、Ksp的计算、平衡常数等知识。