Question

锰的合金及其化合物在现代生产、生活中有着广泛的应用。如二氧化锰是重要的氧化剂、催化剂、干电池中的去极剂；硫酸锰是重要的微量元素肥料。

Ⅰ．某工厂以菱锰矿(MnCO₃)[含FeCO₃、SiO₂、Cu₂(OH)₂CO₃等杂质]为原料联合生产二氧化锰、硫酸锰晶体的工艺流程如下图所示：

常温下几种金属氧化物沉淀时的pH：

	Mn(OH)2	Fe(OH)3	Cu(OH)2
开始沉淀时的pH	7.2	2.7	4.7
完全沉淀时的pH	x	3.7	6.7

(1)该工厂调pH时，选择试剂a的成分最好是________，滤渣Ⅱ的成分是________，操作X是________、洗涤、低温烘干。

(2)为确保除尽杂质而又不损失锰，pH调整的范围为________；若常温下离子(X)沉淀完全的标准是c(X)<1.0×10^-5mol／L，K_sp[Mn(OH)₂]=1.0×10^-13，则使Mn²⁺完全沉淀时溶液的pH最小为________。

(3)若滤液Ⅱ显酸性，请写出电解法制备MnO₂时阳极上的电极反应式：________。

Ⅱ．50.7g MnSO₄·H₂O样品受热分解过程的热重曲线(样品质量随温度变化曲线)如下图所示。(已知：M(Mn)=55g／mol)

(1)850℃时，所得固体的化学式为：________________________。

(2)1150℃时，反应的化学方程式为：________________________。

Answer

MnCO3 Fe(OH)3 、Cu(OH)2 蒸发浓缩，冷却结晶，过滤 6.7≤pH＜7.2 10.0 Mn2++2H2O-2e-=MnO2+4H+ MnO2 3MnO2Mn2O4+O2

【解析】

Ⅰ.菱锰矿用盐酸酸浸，MnCO3、FeCO3、Cu2（OH）2CO3与盐酸反应，SiO2不与盐酸反应，过滤得到滤渣1为SiO2，滤液1中含有氯化镁、氯化亚铁、氯化铜及剩余的HCl，向滤液中加入试剂双氧水，将溶液中Fe2+氧化为Fe3+，加入试剂a为碳酸锰、Mn（OH）2等调节PH=4时Fe3+转化为Fe（OH）3沉淀，铜离子转化为氢氧化铜沉淀，过滤除去，滤液2中加入试剂硫酸和氯酸钾，3MnSO4+KClO3+3H2O=3H2SO4+3MnO2↓+KCl，根据电解原理进行回答判断．

Ⅱ．根据质量守恒和原子守恒计算判断；根据锰、氧元素质量守恒分析产物，书写1150℃时，反应的化学方程式。

（1）调pH时，该试剂可与氢离子反应，且不引入新的杂质，所以可用MnCO3；加入试剂a为碳酸锰、Mn（OH）2等调节PH=4时Fe3+转化为Fe（OH）3沉淀，铜离子转化为氢氧化铜沉淀，滤渣Ⅱ的成分是Cu（OH）2、Fe（OH）3；滤液Ⅱ经蒸发浓缩，冷却结晶，过滤洗涤、低温烘干后的到硫酸锰晶体；

故答案为：MnCO3；Fe(OH)3 、Cu(OH)2；蒸发浓缩，冷却结晶，过滤；

（2）为确保除尽铁离子、铜离子杂质而又不损失锰，根据图表可知pH的调整范围为：6.7≤pH＜7.2；设Mn2+完全沉淀时溶液中成c（OH-）=amol/L，根据Ksp的定义可知此时a2×10-5=1.0×10-13，解得a=10-4mol/L，即pH=10，

故答案为：6.7≤pH＜7.2；10.0；

（3）用电解法制备MnO2时，阳极上发生失电子的氧化反应，其电极反应式为：Mn2++2H2O-2e-=MnO2+4H+，

故答案为：Mn2++2H2O-2e-=MnO2+4H+；

Ⅱ．（1）50.70g MnSO4•H2O样品n（锰）=n（MnSO4•H2O）=0.3mol，其中n（H2O）=0.3mol，m（H2O）=5.4g，280℃时，所得固体质量为45.30g，减少的质量为5.4g，则说明该段失去结晶水，此时固体为：MnSO4，继续受热分解生成锰的氧化物和硫的氧化物0.3mol，850℃时，固体质量由45.30g减少到为26.10g，减少的质量为19.2g，则硫氧化物的相对质量为64，故为二氧化硫，则此时的固体为MnO2，

故答案为：MnO2；

（2）1150℃时固体为为二氧化锰分解所得，锰元素质量守恒，则m（锰）=n（锰）×55=16.50g，则氧化物中m（O）=22.90g-16.50g=6.4g，n（O）=0.4mol，故n（Mn）：n（O）=0.3：0.4=3：4，则该氧化物为：Mn3O4，故反应为： 3MnO2Mn2O4+O2，

故答案为：3MnO2Mn2O4+O2。