Question

工业上以软锰矿(主要成分为MnO₂，另含有少量FeCO₃、Al₂O₃、SiO₂)为原料制取金属锰的工艺流程如下：

(1)写出“浸渣”中主要成分的用途 ________(写出两条)。

(2)滤渣1的主要成分是 ________(用化学式表示)

(3)经检测“浸取液”中无Fe²⁺，“浸取”时MnO ₂发生反应的离子方程式为 ________。

(4)写出“沉锰”操作中发生反应的离子方程式：________。

(5)将“酸溶”后的溶液作为电解液，用下图1装置电解，应采用 ______(填“阴”或“阳”)离子交换膜，阳极的电极反应式为________。

   

(6)为充分利用“滤渣1”，需测定滤渣中铝元素的含量，设计以下方案。

①将ag滤渣处理成xmL溶液。

②取少量①中溶液用EDTA滴定测得溶液中Fe³⁺ 、Al³⁺ 的浓度之和为ymmol·L^－1 。

③另取少量①中溶液将Fe³⁺ 用盐酸羟胺(在溶液中可完全电离出NH₃OH⁺与Cl^－ )还原为Fe²⁺，离子方程式为 ________；

④将③所得溶液利用吸光度法测得其吸光度为0.400(吸光度与Fe²⁺的浓度关系如上图2所示)。该样品中铝元素的质量分数为 _________(用含字母的表达式表示)。

Answer

制造玻璃、光导纤维； Al(OH)3； MnO2+2Fe2++4H+=Mn2++2Fe3++2H2O; Mn2++2HCO3-=MnCO3↓+H2O+CO2↑； 阴； 2H2O-4e-=4H++O2↑； 2Fe3++2NH3OH+=2Fe2++4H++N2↑+2H2O； 。

【解析】

软锰矿制取金属锰的工艺流程图，结合软锰矿的成分及性质、加入的物质，判断浸取、除杂、沉锰、酸溶、电解等步骤发生的反应，可确定“浸渣”中主要成分为二氧化硅；根据吸光度与Fe2+的浓度关系图，确定吸光度为0.400时的c(Fe2+)，再结合EDTA滴定，测得结果确定c(Al3+)，从而求出样品中m(Al)及Al元素的质量分数。

(1)写出“浸渣”中主要成分为二氧化硅，所以用途为制造玻璃、光导纤维；

(2)浸取液中含有Al3+，加入碳酸钠，碳酸根和铝离子发生双水解，产生氢氧化铝沉淀，所以滤渣1的主要成分是Al(OH)3；

(3)经检测“浸取液”中无Fe2+，则在“浸取”过程中Fe3+与MnO 2发生了反应，离子方程式为MnO2+2Fe2++4H+=Mn2++2Fe3++2H2O;

(4)滤液1中主要含有硫酸锰，加入碳酸氢铵，发生反应的离子方程式为Mn2++2HCO3-=MnCO3↓+H2O+CO2↑；

(5)酸溶后的溶液中含有 MnSO4，左侧是阳极，电极反应式为2H2O-4e-=4H++O2↑；右侧是阴极，电极反应式为Mn2++2e-=Mn，为维持交换膜两侧电解质溶液电荷守恒，且使电解生成Mn的反应持续进行，SO42-需要透过交换膜向左例移动，故交换膜是阴离子交换膜；

(6) ③盐酸羟胺在溶液中可完全电离出NH3OH+与Cl-，将Fe3+用盐酸羟胺还原为Fe2+，NH2OH被氧化生成N2，离子方程式为2Fe3++2NH3OH+=2Fe2++4H++N2↑+2H2O；

④由题图乙可知，吸光度为0.400时，溶液中c(Fe2+)＝0.040mmol・L-1，用EDTA标准溶液滴定测得溶液中Fe3+、Al3+的浓度之和为b mmol・L-1，则有c(Al3+)＝(b-0.04)mmol・L-1＝(b-0.04)×10-3mol・L-1，样品中Al元素的质量m(Al)＝(b-0.04)x10-3mol・L-1×27g/mol＝27a(b-0.04)×10-10g，故样品中A元素的质量分数为。