Question

某含锰矿物的主要成分有MnCO₃、MnO₂、FeCO₃、SiO₂、Al₂O₃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。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图如下：

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______________。

Answer

SiO2 2Fe2+＋MnO2＋4H+＝2Fe3+＋Mn2+＋2H2O或2FeCO3＋MnO2＋8H+＝2Fe3+＋Mn2+＋CO2↑＋4H2O 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＋ 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 负极 4OH——4e—＝2H2O＋O2↑ Mn2+＋2H2O－2e-＝MnO2＋4H+

【解析】

（1）含锰矿物的主要成分有MnCO3、MnO2、FeCO3、SiO2、Al2O3等，加入稀硫酸后，SiO2不能与硫酸发生反应，所以滤渣1的主要成分是SiO2；

（2）设备1中FeCO3可与硫酸反应生成亚铁离子，Fe2＋与MnO2发生氧化还原反应，反应的离子方程式为2Fe2+＋ MnO2＋4H+＝ 2Fe3+＋Mn2+＋2H2O 或2FeCO3＋MnO2＋8H+ ＝ 2Fe3+＋Mn2+＋CO2↑＋4H2O；

（3）设备2中加足量双氧水的作用是将Fe2+完全氧化为Fe3+，检验滤液2中是否存在Fe2+的方法是取滤液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）设备4中的滤渣为氢氧化铝和氢氧化铁，加入过量氢氧化钠溶液，NaOH与氢氧化铝反应，使其溶解，用化学平衡移动原理解释原因为Al(OH)3中存在电离平衡: 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电解池中，阴离子由阴极流向阳极，则B为正极，A为负极，阳极以稀硫酸为电解液，阳极的电极反应式为4OH——4e—＝2H2O＋O2↑；

②该副反应为Mn2+失去电子氧化成为MnO2，电极反应式为Mn2+＋2H2O－2e-＝MnO2＋4H+。