Question

锰是一种银白色的脆性金属，但把锰加到钢铁中，能使钢铁的强度提高4~8倍，所以锰钢在国防建设中有着广泛的用途。用阴离子膜电解法从含有MnCO₃、FeCO₃、SiO₂、Al₂O₃等成分的锰矿石中制备金属锰的工艺流程如图：

回答下列问题：

(1)滤渣1的主要成分是___________(填化学 式)。

(2)步骤2中加足量双氧水的作用是____________。

(3)步骤3中加入过量NaOH溶液，滤渣2部分溶解，试用沉淀溶解平衡原理解释沉淀溶解的原因___________ 。

(4)步骤4中用阴离子膜法提取金属锰的电解装置如图：

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。阴极的电极反应式为____________。

②电解装置M出口处，可收集到该工艺的主要副产品___________。

Answer

SiO2 将Fe2+完全氧化为Fe3+ 滤渣2中存在Al(OH)3，存在电离平衡：Al3++3OH-⇌Al(OH)3⇌AlO2-+H++H2O，加入NaOH溶液，H+被中和，H+浓度减低，使平衡向右移动，Al(OH)3不断溶解。 负极 Mn2++2e-=Mn H2SO4

【解析】

锰矿物的主要成分有MnCO3、FeCO3、SiO2、Al2O3等，用硫酸溶解，SiO2不与硫酸反应，MnCO3、FeCO3、Al2O3与硫酸反应得到MnSO4、FeSO4、Al2(SO4)3，过滤除去二氧化硅等不溶物，滤渣1为SiO2等不溶物；滤液1中加入过氧化氢将Fe2+离子氧化为Fe3+离子，再加入氨水调节溶液pH使Fe3+、Al3+转化为Fe(OH)3、Al(OH)3沉淀，过滤分离，滤液2中含有MnSO4、NH4SO4等，滤渣2为Fe(OH)3、Al(OH)3，向滤渣2中加入氢氧化钠，氢氧化铝溶解得到NaAlO2，过滤分离；滤液2电解得到Mn，据此解答。

（1）由上述分析可知，滤渣1为SiO2；答案为SiO2。

（2）步骤2中加足量双氧水将Fe2+离子氧化为Fe3+离子，便于调节pH时转化为沉淀除去；答案为将Fe2+完全氧化为Fe3+。

（3）根据分析可知，滤渣2中存在Al(OH)3，存在电离平衡：Al3++3OH-⇌Al(OH)3⇌AlO2-+H++H2O，加入NaOH溶液，H+被中和，H+浓度减小，使平衡向右移动，Al(OH)3不断溶解；答案为滤渣2中存在Al(OH)3，存在电离平衡Al3++3OH-⇌Al(OH)3⇌AlO2-+H++H2O，加入NaOH溶液，H+被中和，H+浓度减小，使平衡向右移动，Al(OH)3不断溶解。

（4）①电解装置中箭头表示溶液中阴离子移动的方向，由阴离子向阳极移动可判断，左室为阴极室，右室为阳极室，A为电源的负极，B为电源的正极，阴极是得电子，发生还原反应，阴极电极反应式为Mn2++2e-=Mn；答案为负极，Mn2++2e-=Mn。

②因为右室是阳极室，溶液中氢氧根离子放电生成氧气，电极反应为：4OH--4e-=2H2O+O2↑，H+增多，而SO42-经过阴离子交换膜进入右室，因而电解装置M出口处，可收集到该工艺的主要副产品是H2SO4，总反应方程式为2MnSO4+2H2O 2H2SO4+O2↑+2Mn；答案为H2SO4。