Question

锰及其化合物在工农业生产和科技领域具有广泛的应用。

Ⅰ.溶液中的Mn²⁺可被酸性(NH₄)₂S₂O₈溶液氧化为MnO₄^-，同时(NH₄)₂S₂O₈被还原为SO₄^2-，该方法可用于检验Mn²⁺。

（1）用酸性(NH₄)₂S₂O₈溶液检验Mn²⁺时的实验现象为____。

（2）该反应的离子方程式为____。

（3）已知H₂S₂O₈中硫的化合价为+6，若硫酸的结构简式为，则H₂S₂O₈的结构简式为____。

Ⅱ.实验室用含锰废料（主要成分为MnO₂，还含有少量Al₂O₃、MgO、SiO₂）为原料制备Mn的工艺流程如图所示。

已知：①部分难溶物的溶度积常数如下表所示。

难溶物	Fe（OH）3	Al（OH）3	Mg（OH）2	Mn（OH）2
溶度积常数	4.0×10^-38	1.0×10^-33	1.8×10^-11	1.8×10^-13

②当溶液中离子浓度≤1.0×10^-5mol•L^-1时，可认为该离子沉淀完全。

（1）“酸浸”时，MnO₂将Fe氧化为Fe³⁺，该反应的离子方程式为____；该过程中浸出时间和液固比对锰浸出率的影响分别如图所示。

则适宜的浸出时间和液固比分别为____、____。

（2）若“酸浸”后所得滤液中c（Mn²⁺）=0.18mol•L^-1，则应“调pH”的范围为____。

（3）“煅烧”反应中氧化剂与还原剂的物质的量之比为____。“还原”时发生的置换反应在化学上又叫作____。

Answer

溶液由无色变为紫红色 5S2O82-+2Mn2++8H2O=2MnO4-+10SO42-+16H+ 3MnO2+2Fe+12H+=3Mn2++2Fe3++6H2O 60min 3：1（或3） ≤pH＜8（或4.7≤pH＜8） 1：2 铝热反应

【解析】

Ⅰ.⑴高锰酸根是紫红色，Mn2+是无色。

⑵根据S2O82−与Mn2+反应生成MnO4－、SO42−原理书写离子方程式。

⑶硫酸的结构简式为，H2S2O8中含有过氧根，书写其结构简式。

Ⅱ “酸浸”时，MnO2将Fe氧化为Fe3+，自身变为Mn2+，氧化铝、氧化镁变为溶液，二氧化硅是滤渣1，调节pH将铁离子和铝离子沉淀完全得到滤渣2，加入NaF沉淀镁离子得到滤渣3，加入碳酸氢铵与锰离子反应生成碳酸锰，过滤后与氧气煅烧生成二氧化锰，再经铝热反应生成锰。

Ⅰ⑴Mn2+是无色，高锰酸根是紫红色，因此酸性(NH4)2S2O8溶液检验Mn2+时的实验现象为溶液由无色变为紫红色；故答案为：溶液由无色变为紫红色。

⑵该反应的离子方程式为5S2O82−+2Mn2++8H2O=2MnO4－+10SO42−+16H+；故答案为：5S2O82−+2Mn2++8H2O=2MnO4－+10SO42−+16H+。

⑶已知H2S2O8中硫的化合价为+6，若硫酸的结构简式为，则H2S2O8中含有过氧根，其结构简式为；故答案为：。

Ⅱ⑴“酸浸”时，MnO2将Fe氧化为Fe3+，自身变为Mn2+，其反应的离子方程式为3MnO2+ 2Fe + 12H+=3Mn2++2Fe3++6H2O；该过程中浸出时间60min达到80%，以后浸出率不再上升，液固比等于3时锰浸出率最大，因此适宜的浸出时间和液固比分别为60min、3:1(或3)；故答案为：60min；3:1(或3)。

⑵若“酸浸”后所得滤液中c(Mn2+)=0.18mol•L-1，铁离子先沉淀，再是铝离子沉淀，则应“调pH”的范围在铝离子沉淀完全，而锰离子刚沉淀时，，，pH =，，则，pH = 8，因此应“调pH”的范围为≤pH＜8；故答案为：≤pH＜8。

⑶“煅烧”反应是碳酸锰和空气中氧气反应，碳酸锰中锰化合价+2价变为二氧化锰+4价的锰，氧气中氧化合价降低到-2价，根据得到电子守恒得到氧化剂与还原剂的物质的量之比为1：2；“还原”时发生的置换反应是铝和二氧化锰高温反应生成锰和氧化铝，在化学上又叫作铝热反应；故答案为：1：2；铝热反应。