Question

锰及其化合物在现代工业、农业生产中有着广泛的应用，同时也是实验室中常用的重要试剂。

(1)KMnO₄是强氧化剂，其溶液中c(H⁺)=c(OH^-)，则常温下0.01mol•L^-1的HMnO₄溶液的pH=_____________。

(2)MnS常用于除去污水中的Pb²⁺等重金属离子:Pb²⁺(aq)+ MnS(s)⇌PbS(s)+Mn²⁺(aq)，若经过处理后的水中c(Mn²⁺)=1 ×10^-6 mol•L^-1，则c(Pb²⁺)=______________[已知K_sp(PbS)=8×10^-28、K_sp(MnS)=2×10^-13]。

(3)锰是农作物生长的重要微量元素，用硫酸锰溶液拌种可使农作物产量提高10%~15%。某工厂利用回收的废旧锌锰干电池生成硫酸锰晶体(MnSO₄•H₂O)的流程如图所示：

①MnSO₄中含有的化学键类型有_______________。

②滤渣Ⅱ的主要成分是____________，滤渣Ⅰ是一种黑色单质，“还原”过程中氧化产物是Fe³⁺，写出相应反应的离子方程式_________，此反应中MnO₂的转化率与温度之间的关系如图所示，则适宜的温度是______________(填字母)。

a.40 ℃     b.60 ℃    c.80 ℃    d.100 ℃

③“沉锰”中有无色无味的气体生成，还有MnCO₃•6Mn(OH)₂•5H₂O生成，写出相应反应的化学方程式_________。

Answer

2 4 ×10-21 mol•L-1 离子键、(极性)共价键 Fe(OH)3 MnO2 +4H++2Fe2+=2Fe3++Mn2++2H2O c 7Na2CO3+7MnSO4+ 11H2O=MnCO3•6Mn(OH)2•5H2O↓+7Na2SO4+6CO2↑

【解析】

(3)废旧电池预处理后得到MnO2和炭粉，加入硫酸和硫酸亚铁溶液，二氧化锰具有强氧化性，将亚铁离子氧化成铁离子，得到滤渣I为C，滤液中主要含Fe3+和Mn2+；加入双氧水将过量的亚铁离子氧化，然后加入碳酸钠调节pH值4.5，得到Fe(OH)3沉淀，除去Fe3+，之后再加入碳酸钠溶液进行沉锰得到MnCO3•6Mn(OH)2•5H2O，加硫酸溶解得到MnSO4溶液，蒸发浓缩冷却结晶过滤得到硫酸锰晶体。

(1)由题给条件知KMnO4是强酸强碱盐，故HMnO4是强酸，0.01 mol•L-l的HMnO4溶液的pH=2。

(2)对于反应Pb2+(aq)+ MnS(s)⇌PbS(s)+Mn2+(aq)，K==，当c(Mn2+)=1 ×10-6 mol•L-1，可求出c(Pb2+)=4 ×10-21 mol•L-1。

(3)①MnSO4是离子化合物，含有离子键，中含有极性共价键；

②根据分析可知滤渣Ⅱ主要成分是Fe(OH)3；由流程图知，MnO2被Fe2+还原为Mn2+，Fe2+则被氧化为Fe3+，根据电子守恒和元素守恒可知反应的离子方程式为MnO2 +4H++2Fe2+= 2Fe3+ + Mn2+ +2H2O；由图知当温度达到80 ℃后，MnO2的转化率几乎没有变化，故温度控制在80 ℃左右为好，再升高温度转化率变化不大，反而浪费资源；

③碳酸根水解显碱性，锰离子水解显酸性，二者相互促进，所以生成的气体应为CO2，故可先写出Na2CO3+MnSO4+ H2O→MnCO3•6Mn(OH)2•5H2O↓ +CO2↑，根据质量守恒定律确定有Na2SO4生成，得到7Na2CO3+7MnSO4+11H2O=MnCO3•6Mn(OH)2•5H2O↓ +6CO2↑ +7Na2SO4。