Question

【化学选修2 -化学与技未】

I.某含锰矿物的主要成分有MnCO₃、MnO₂、FeCO₃、SiO₂ 、A1₂O₃等。已知FeCO₃、MnCO₃难溶于水。一种运用阴离子膜电解法的新技术可用于从碳酸锰矿中提取金属锰，主要物质转化关系如下：

(1)设备Ⅰ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。 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Fe²⁺:            。

(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，阳极的电极反应式为__           ___。

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          。

II.冰铜矿的主要成分是Cu₂S、FeS,含有少许Al₂O₃和SiO₂杂质。由冰铜矿冶炼金属铜的流程如下:

已知各离子沉淀的范围如下表

离子	Fe^3+	Fe^2^+	Cu2^+
开始沉淀pH	1.9	7.0	6.7
沉淀完全pH	3.4	9.0	10.0

请回答下列问题：

（1）将冰铜矿粉碎的目的是提高浸出率，另外一种提高浸出率的措施是         。

（2）溶液1的成分是         ，若向其中通入足量的CO₂可以析出的沉淀是      ，此时溶液中的溶质将变成             。

（3）沉淀1加入H₂O₂和稀H₂SO₄后，溶液中阴离子只有SO₄^2-，金属阳离子有Cu²⁺ 和F³⁺，则该过程的离子方程式为:            。

（4)溶液2调节的pH范围为         。

（5）对红褐色沉淀进行洗涤并干燥处理，可以得到纯净的Fe(OH)₃，可用于制备红色颜料Fe₂O₃。检验红褐色沉淀是否洗净的方法是          。

(6)用惰性电极对溶液3进行电解，电解CuSO₄溶液的化学方程式为：       ；当两极共产生标准状况下44.8 L气体且阴阳两极产生的气体体积之比为1: 1时，则析出的铜的质量为          。

Answer

Ⅰ.（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于试管中，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↑或者2H2O-4e-=O2↑+4H+ ；② Mn2+＋2H2O－2e- === MnO2＋4H+ ；Ⅱ.（1）升高温度或者增大浸取剂浓度等；（2）NaAlO2、Na2SiO3、NaOH；H2SiO3、Al(OH)3；NaHCO3；（3）2H+ + Cu2S + 5H2O2 === 2Cu2+ + SO42- + 6H2O；2H+ + 2FeS + 9H2O2 === 2Fe3+ + 2SO42- + 10H2O；（4）3.4≤pH＜6.7；（5）取最后一次洗涤液于试管中，滴加BaCl2溶液，若不产生白色沉淀，则沉淀已经洗净；（6）2CuSO4 + 2H2O 2Cu+ O2↑+ 2H2SO4；64g。

【解析】

试题分析：I.设备1中加入硫酸，MnCO3、FeCO3、Al2O3都与硫酸反应反应，因为滤液中锰以＋2价存在，说明MnO2发生氧化反应，MnO2在酸性条件下Fe2＋氧化成Fe3＋，SiO2属于酸性氧化物，不与硫酸反应，因此滤渣为SiO2；(2)根据(1)的分析，MnO2中＋4价锰具有氧化性，Fe2＋具有还原性，两者发生氧化还原反应，因此离子反应方程式为：2Fe2＋＋MnO2＋4H＋=2Fe3＋＋Mn2＋＋2H2O；（3）利用双氧水的强氧化性，把Fe2＋全部氧化成Fe3＋，验证Fe2＋的存在，用铁氰化钾溶液，如果有蓝色沉淀产生，说明有Fe2＋，否则没有Fe2＋，也可以用高锰酸钾溶液，如果酸性高锰酸钾溶液褪色，说明Fe2＋，否则不含Fe2＋；(4)滤渣中含有Al(OH)3、Fe(OH)3，Al(OH)3属于两性化合物，AlO2－＋H＋＋H2OAl(OH)3Al3＋＋3OH－，加入NaOH溶液，OH－消耗H＋，促使平衡向逆反应方向进行，促使Al(OH)3溶解；(5)①此装置为电解装置，根据电解原理，阴离子向阳极移动，则A为负极，B为负极，阳极应是阴离子放电，电极反应式2H＋＋2e－=H2↑；②阳极发生氧化反应，Mn2＋－2e－＋2H2O=MnO2＋＋4H＋；II.(1)一般温度升高，溶解度增大，可以采用升高温度的方法，达到提高浸出率，或者说适当提高浸取剂的浓度；(2)根据冰铜矿的成分，Cu2S、FeS不和氢氧化钠反应，Al2O3属于两性氧化物、SiO2属于酸性氧化物，和碱反应生成NaAlO2、Na2SiO3，所加氢氧化钠过量，因此滤液中有NaAlO2、Na2SiO3、NaOH，碳酸的酸性强于硅酸和偏铝酸，因此析出的沉淀为Al(OH)3、H2SiO3，因为通入的CO2足量，因此生成的溶质为NaHCO3；(3)因为过氧化氢表现强氧化性，因此发生的反应是：2H+ + Cu2S + 5H2O2 === 2Cu2+ + SO42- + 6H2O；2H+ + 2FeS + 9H2O2 === 2Fe3+ + 2SO42- + 10H2O；（4）根据流程调节pH，得到红褐色沉淀，以及各离子沉淀的范围，因此3.4≤pH<6.7；（5）取最后一次洗涤液于试管中，滴加BaCl2溶液，若不产生白色沉淀，则沉淀已经洗净；（6）根据电解的原理，电解CuSO4溶液的化学反应方程式为：2CuSO4 + 2H2O 2Cu+ O2↑+ 2H2SO4；因为两极上都产生气体，因此电解完CuSO4后，电解H2O，电解的第一阶段：阴极：Cu2＋＋2e－=Cu，阳极：4OH－－4e－=2H2O＋O2↑，第二阶段：阴极：2H＋＋2e－=H2↑，阳极：4OH－－4e－=2H2O＋O2↑，根据题目信息，以及得失电子数目守恒，推出n(Cu2＋)=1mol，m(Cu)=64g。

考点：考查化学工艺流程、氧化还原反应方程式的书写、离子的检验、化学平衡的移动、电解原理等知识。