副族金屬-錳及其化合物(解析版)

系列三副族金屬專題1錳及其化合物一、錳單質(zhì)塊狀錳是呈灰色，是一種較活潑的金屬，在空氣中金屬錳的表面被一層褐色的氧化膜所覆蓋，甚至與冷的濃硝酸也形成強的氧化膜，所以呈化學惰性。二、錳的化合物的穩(wěn)定：Mn2+、MnO2（不溶于酸的固體）、MnO4-、Mn2O3（MnOOH(氫氧化氧錳)）不穩(wěn)定：Mn3+、MnO42-（酸性條件下會歧化：3MnO42-+4H+eq\l(=)2MnO4-+MnO2+2H2O）三、Mn(Ⅱ)（1）溶解性：Mn(Ⅱ)強酸鹽易溶，弱酸鹽(MnCO3、硫化物)，氧化物，氫氧化物為難溶(但可溶于稀酸)。（2）Mn(H2O)62+離子為蘋果綠色（3）還原性①酸性介質(zhì)中穩(wěn)定，堿性介質(zhì)中不穩(wěn)定，易被氧化。在Mn2+鹽溶液中加OH-，生成Mn(OH)2白色沉淀，而后在空氣中迅速被氧化生成MnO(OH)2的棕褐色沉淀。Mn2++2OH-eq\l(=)Mn(OH)2↓白色，2Mn(OH)2+O2eq\l(=)2MnO(OH)2↓棕褐色②酸性介質(zhì)中，能被一些強氧化劑所氧化：2Mn2++5S2O82-+8H2Oeq\l(=)2MnO4-+10SO42-+16H+2Mn2++5NaBiO3+14H+eq\l(=)2MnO4-+5Na++5Bi3++7H2O2Mn2++5PbO2+4H+eq\l(=)2MnO4-+5Pb2++2H2O其中Mn2+的鑒定常用NaBiO3為氧化劑在H2SO4或HNO3介質(zhì)下反應(yīng)。③在濃硫酸中，MnSO4與KMnO4反應(yīng)可生成深紅色的Mn3+（實際是硫酸根的配合物）：MnO4-＋4Mn2+＋8H+eq\l(=)5Mn3+＋4H2O④在中性或近中性的溶液中，MnO4-與Mn2+反應(yīng)生成MnO2：2MnO4-＋3Mn2+＋2H2Oeq\l(=)5MnO2(s)＋4H+⑤Mn(OH)2易被氧化：Mn2+＋2OH-eq\l(=)Mn(OH)2(s)(白色)，2Mn(OH)2＋O2eq\l(=)2MnO(OH)2(s)(棕色)（4）硫酸錳:白色或微紅色細小結(jié)晶體。無臭、味苦。加熱到200℃以上開始失去結(jié)晶水，500℃左右變?yōu)闊o水物。易溶于水，不溶于醇。無機工業(yè)用于電解錳生產(chǎn)和制備各種錳鹽。（5）酸式磷酸錳:又稱馬日夫鹽，分子式Mn(H2PO4)2，白色到灰白色或帶微紅色的結(jié)晶體。吸濕性較強。易溶于水并水解，水溶液呈酸性。不溶于醇。與氧化物接觸極易引起變質(zhì)。有腐蝕作用。常以水合物形式出現(xiàn)。水合物在100℃以上時脫水。主要用作鋼鐵防銹的磷化劑。四、Mn(Ⅲ)Mn3+可存在于濃硫酸中，若酸度降低，則Mn3+歧化為Mn2+和MnO2：2Mn3+＋2H2Oeq\l(=)Mn2+＋MnO2(s)＋4H+五、Mn(Ⅳ)最重要的化合物是MnO2，是黑色結(jié)晶體或無定形粉末，在自然界中以軟錳礦(MnO2·xH2O)形式存在。不溶于水和硝酸。在熱濃硫酸中放出氧而生成硫酸亞錳。在鹽酸中放出氯而生成氯化亞錳。與苛性堿和氧化劑共熔，放出二氧化碳而生成高錳酸鹽。在535℃分解成三氧化二錳和氧。是強氧化劑。用作干電池去極劑，合成工業(yè)的催化劑和氧化劑，玻璃工業(yè)和搪瓷工業(yè)的著色劑、消色劑、脫鐵劑等。（1）強氧化性在酸性介質(zhì)中，MnO2是較強的氧化劑，本身被還原為Mn2+：MnO2(S)+4HCl(濃)eq\l(=)MnCl2+Cl2↑+2H2O（實驗室中制取氯氣），2MnO2(S)+2H2SO4(濃)eq\l(=)2MnSO4+O2↑+2H2O，MnO2+2Fe2++4H+eq\l(=)2Fe3++Mn2++2H2O（2）氧化H2O2：MnO2+H2O2+2H+eq\l(=)Mn2++O2↑+2H2O（3）堿熔條件下可被強氧化劑氧化為MnO42-（綠色）：2MnO2+4KOH+O2eq\l(=)2K2MnO4+2H2O，3MnO2+6KOH+KClO3eq\l(=)3K2MnO4+KCl+3H2O，MnO2＋2MnO4-＋4OH-eq\l(=)3MnO42-＋2H2O（4）鋅錳干電池（Zn—MnO2—KOH），正極：MnO2+e-+H2Oeq\l(=)MnOOH+OH-六、Mn(Ⅵ)（1）存在形式：MnO42-綠色，最重要的化合物是：Na2MnO4和K2MnO4。（2）在酸、中或弱堿條件下MnO42-均會發(fā)生歧化反應(yīng)MnO42-只在強堿性（pH＞13.5）溶液中才能穩(wěn)定存在，在中性或酸性介質(zhì)中，MnO42-發(fā)生歧化反應(yīng)：3MnO42-+2H2OMnO2↓+2MnO4-+4OH-，3MnO42-+4H+MnO2+2MnO4-+2H2O七、Mn(Ⅶ)（1）主要形式：MnO4-—紫色；最重要的化合物是KMnO4。（2）受熱或光照會分解2KMnO4eq\l(=)K2MnO4+MnO2+O2↑，4MnOeq\o\al(－,4)+4H+eq\l(=)3O2↑+2H2O+4MnO2這是一個“自催化”反應(yīng)，因此KMnO4應(yīng)置于陰涼避光處保存，常用棕色瓶存放。（3）強氧化性①酸性介質(zhì)：KMnO4氧化性很強，還原產(chǎn)物為Mn2+2MnO4-+5SO32-+6H+eq\l(=)2Mn2++5SO42-+3H2OMnO4-+5Fe2++8H+eq\l(=)Mn2++5Fe3++4H2O(用于定量測定鐵含量)2MnO4-+5H2C2O4+6H+eq\l(=)2Mn2++10CO2+8H2O(用于KMnO4濃度標定)②中性、弱堿性介質(zhì)還原產(chǎn)物為MnO2：2MnO4-+I-+H2Oeq\l(=)2MnO2+IO3-+2OH-③堿性介質(zhì)中，還原產(chǎn)物為MnO42-：2MnO4-+SO32-+2OH-eq\l(=)2MnO42-+SO42-+H2O◎在強堿性溶液中，MnO4-能發(fā)生下列反應(yīng)，生成淺藍色的不穩(wěn)定的MnO3-，并放出氧氣：2MnO4-eq\l(=)2MnO3-＋O2，MnO3-進一步歧化反應(yīng)：2MnO3-eq\l(=)MnO42-＋MnO2④與濃H2SO4反應(yīng)可生成Mn2O72KMnO4+2H2SO4(濃)eq\l(=)Mn2O7+2KHSO4+H2OMn2O7具有極強的氧化性，若受熱會迅速分解產(chǎn)生爆炸，與有機物作用劇烈反應(yīng)而著火，溶于CCl4中能較為穩(wěn)定。（4）用途KMnO4是一優(yōu)良的氧化劑，在分析化學中被用作氧化還原滴分析的氧化劑，還用于漂白棉、毛絲織品、油類的脫色劑，稀溶液被廣泛用于醫(yī)藥衛(wèi)生中的殺菌消毒劑。①2MnO2+O2+4KOHeq\o(=,\s\up8(高溫))2K2MnO4+2H2O②3K2MnO4+2CO2eq\l(=)2KMnO4+MnO2+2K2CO3或3K2MnO4+4CO2+2H2Oeq\l(=)2KMnO4+MnO2+4KHCO3，CO2提供酸性環(huán)境。③操作Ⅰ：過濾④石灰苛化：K2CO3+Ca(OH)2→KOH（此時產(chǎn)生的KOH與操作Ⅰ產(chǎn)生的MnO2可循環(huán)使用）【習題1】鋰錳電池的體積小，性能優(yōu)良，是常用的一次電池。該電池反應(yīng)原理如圖所示，其中電解質(zhì)LiClO4溶于混合有機溶劑中，Li+通過電解質(zhì)遷移入MnO2晶格中，生成LiMnO2。下列說法正確的是A．外電路的電流方向是由a極流向b極B．正極的電極反應(yīng)式是MnO2+e?+Li+===LiMnO2C．鋰錳電池可以用KOH溶液作為電解質(zhì)溶液D．放電過程中Li+離子從正極向負極遷移【答案】B【解析】A、Li為負極，MnO2為正極，原電池工作時，外電路的電流方向從正極到負極，即從b極流向a極，A錯誤；B、MnO2為正極，被還原，電極方程式為MnO2+e-+Li+=LiMnO2，B正確；C、因負極材料為Li，可與水反應(yīng)，則不能用氫氧化鉀溶液代替電池中的混合有機溶劑，C錯誤；D、放電過程中Li+離子從負極向正極遷移，D錯誤，答案選B。【習題2】高錳酸鉀（KMnO4）是一種常用氧化劑，主要用于化工、防腐及制藥工業(yè)等。以軟錳礦（主要成分為MnO2）為原料生產(chǎn)高錳酸鉀的工藝路線如下：回答下列問題：（1）“平爐”中發(fā)生的化學方程式為。（2）“平爐”中需要加壓，其目的是。（3）將K2MnO4轉(zhuǎn)化為KMnO4的生產(chǎn)有兩種工藝。①“CO2歧化法”是傳統(tǒng)工藝，即在K2MnO4溶液中通入CO2氣體，使體系呈中性或弱堿性，K2MnO4發(fā)生歧化反應(yīng)，反應(yīng)中生成KMnO4，MnO2和（寫化學式）。②“電解法”為現(xiàn)代工藝，即電解K2MnO4水溶液，電解槽中陽極發(fā)生的電極反應(yīng)為，陰極逸出的氣體是。③CO2的等電子體COS，分子COS電子式為_______________。（4）高錳酸鉀純度的測定：稱取1.0800g樣品，溶解后定容于100mL容量瓶中，搖勻。取濃度為0.2000mol·L?1的H2C2O4標準溶液20.00mL，加入稀硫酸酸化，用KMnO4溶液滴定，滴定終點現(xiàn)象，該反應(yīng)中，氧化劑與還原劑的物質(zhì)的量之比為________________?！敬鸢浮浚?）2MnO2+4KOH+O22K2Mn04+2H2O（2）加快反應(yīng)速率，提高的轉(zhuǎn)化率（3）①KHCO3②MnO42--e-=MnO4-H2（1分）③（4）最后一滴變?yōu)闇\紫紅色，，且半分鐘內(nèi)不變色；2:5【解析】（1）流程分析可知平爐中發(fā)生的反應(yīng)是氫氧化鉀、二氧化錳和氧氣加熱反應(yīng)生成錳酸鉀和水，反應(yīng)的化學方程式為：2MnO2+4KOH+O2=2K2MnO4+2H2O。（2）“平爐”中加壓能提高氧氣的濃度，加快反應(yīng)速率，題高軟錳礦轉(zhuǎn)化率。（3）①在K2MnO4溶液中通入CO2氣體，使體系呈中性或弱酸性，K2MnO4發(fā)生歧化反應(yīng)，根據(jù)元素守恒以及二氧化碳過量推測反應(yīng)生成KMnO4，MnO2和KHCO3。②“電解法”為現(xiàn)代工藝，即電解K2MnO4水溶液，在電解槽中陽極，MnO42-失去電子，發(fā)生氧化反應(yīng)，產(chǎn)生MnO4-．電極反應(yīng)式是：MnO42--e-=MnO4-；在陰極，水電離產(chǎn)生的H+獲得電子變?yōu)闅錃庖莩?，電極反應(yīng)式是：2H2O+2e-=H2↑+2OH-；所以陰極逸出的氣體是H2。③CO2的等電子體COS，分子COS電子式為：。（5）用標準的草酸溶液滴定高錳酸鉀溶液時，當?shù)稳胱詈笠坏巫優(yōu)闇\紫紅色，且半分鐘內(nèi)不變色即達到滴定終點；發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為：2MnO4-+5H2C2O4+6H+=2Mn2++10CO2↑+8H2O，可知KMnO4與草酸反應(yīng)的定量關(guān)系是2KMnO4～5H2C2O4。且依據(jù)化合價變化可知KMnO4是氧化劑、H2C2O4是還原劑。所以氧化劑與還原劑的物質(zhì)的量之比為2:5?！玖曨}3】高純硫酸錳作為合成鎳鈷錳三元正極材料的原料，工業(yè)上可由天然二氧化錳粉與硫化錳礦（還含F(xiàn)e、Al、Mg、Zn、Ni、Si等元素）制備，工藝如下圖所示。回答下列問題：相關(guān)金屬離子[c0(Mn+)=0.1mol·L?1]形成氫氧化物沉淀的pH范圍如下：金屬離子Mn2+Fe2+Fe3+Al3+Mg2+Zn2+Ni2+開始沉淀的pH8.16.31.53.48.96.26.9沉淀完全的pH10.18.32.84.710.98.28.9（1）“濾渣1”含有S和__________________________；寫出“溶浸”中二氧化錳與硫化錳反應(yīng)的化學方程式____________________________________________________。（2）“氧化”中添加適量的MnO2的作用是將________________________。（3）“調(diào)pH”除鐵和鋁，溶液的pH范圍應(yīng)調(diào)節(jié)為_______~6之間。（4）“除雜1”的目的是除去Zn2+和Ni2+，“濾渣3”的主要成分是______________。（5）“除雜2”的目的是生成MgF2沉淀除去Mg2+。若溶液酸度過高，Mg2+沉淀不完全，原因是_____________________________________________________________________。（6）寫出“沉錳”的離子方程式___________________________________________________。（7）層狀鎳鈷錳三元材料可作為鋰離子電池正極材料，其化學式為LiNixCoyMnzO2，其中Ni、Co、Mn的化合價分別為+2、+3、+4。當x=y=時，z=___________。【答案】（1）SiO2（不溶性硅酸鹽）MnO2+MnS+2H2SO4=2MnSO4+S+2H2O（2）將Fe2+氧化為Fe3+（3）4.7（4）NiS和ZnS（5）F?與H+結(jié)合形成弱電解質(zhì)HF，MgF2Mg2++2F?平衡向右移動（6）Mn2++2=MnCO3↓+CO2↑+H2O（7）【解析】（1）Si元素以SiO2或不溶性硅鹽存在，SiO2與硫酸不反應(yīng)，所以濾渣I中除了S還有SiO2；在硫酸的溶浸過程中，二氧化錳和硫化錳發(fā)生了氧化還原反應(yīng)，二氧化錳作氧化劑，硫化錳作還原劑，方程式為：MnO2+MnS+2H2SO4=2MnSO4+S+2H2O；（2）二氧化錳作為氧化劑，使得MnS反應(yīng)完全，且將溶液中Fe2+氧化為Fe3+；（3）由表中數(shù)據(jù)知pH在4.7時，F(xiàn)e3+和Al3+沉淀完全，所以應(yīng)該控制pH在4.7~6之間；（4）根據(jù)題干信息，加入Na2S除雜為了除去鋅離子和鎳離子，所以濾渣3是生成的沉淀ZnS和NiS；（5）由HFH++F-知，酸度過大，F(xiàn)-濃度減低，使得MgF2Mg2++2F-平衡向沉淀溶解方向移動，Mg2+沉淀不完全；（6）根據(jù)題干信息沉錳的過程是生成了MnCO3沉淀，所以反應(yīng)離子方程式為：Mn2++2HCO3-=MnCO3↓+CO2↑+H2O；（7）根據(jù)化合物中各元素化合價代數(shù)和為0的規(guī)律得：1+2x+3y+4z=4，已知，x=y=1/3，帶入計算得：z=1/3【習題4】用軟錳礦(主要成分為MnO2，含少量Fe3O4、Al2O3)和BaS制備高純MnCO3的工藝流程如下：已知：MnO2是一種兩性氧化物；25℃時相關(guān)物質(zhì)的Ksp見下表。物質(zhì)Fe(OH)2Fe(OH)3Al(OH)3Mn(OH)2Ksp回答下列問題（1）軟錳礦預先粉碎的目的是___________________________，MnO2與BaS溶液反應(yīng)轉(zhuǎn)化為MnO的化學方程式為__________________________。（2）保持BaS投料量不變，隨MnO2與BaS投料比增大，S的量達到最大值后無明顯變化，而Ba(OH)2的量達到最大值后會減小，減小的原因是__________________________。（3）濾液I可循環(huán)使用，應(yīng)當將其導入到___________操作中(填操作單元的名稱)。（4）凈化時需先加入的試劑X為______________(填化學式)。再使用氨水調(diào)溶液的pH，則pH的理論最小值為___________________(當溶液中某離子濃度時，可認為該離子沉淀完全)。（5）碳化過程中發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為______________________?！敬鸢浮浚?）增大接觸面積，充分反應(yīng)，提高反應(yīng)速率：（2）過量的MnO2消耗了產(chǎn)生的Ba(OH)2（3）蒸發(fā)（4）H2O2（5）4.9（6）【解析】軟錳礦粉(主要成分為MnO2，含少量Fe3O4、Al2O3)加入硫化鋇溶液進行反應(yīng)，主要發(fā)生MnO2+BaS+H2O=Ba(OH)2+MnO+S，過濾得到Ba(OH)2溶液，經(jīng)蒸發(fā)結(jié)晶、過濾、干燥得到氫氧化鋇；濾渣用硫酸溶解，得到的濾液中主要金屬陽離子有Mn2+、Fe2+、Fe3+、Al3+，得到的濾渣為不溶于稀硫酸的硫磺；之后向濾液中加入合適的氧化劑將Fe2+轉(zhuǎn)化為Fe3+，然后加入氨水調(diào)節(jié)pH，使Fe3+、Al3+轉(zhuǎn)化為沉淀除去，壓濾得到的廢渣為Fe(OH)3和Al(OH)3，此時濾液中的金屬陽離子只有Mn2+，向濾液中加入碳酸氫銨、氨水，Mn2+和碳酸氫根電離出的碳酸根結(jié)合生成碳酸錳沉淀，過濾、洗滌、干燥得到高純碳酸錳。（1）軟錳礦預先粉碎可以增大反應(yīng)物的接觸面積，使反應(yīng)更充分，提高反應(yīng)速率；MnO2與BaS反應(yīng)轉(zhuǎn)化為MnO，Mn元素的化合價由+4價降低為+2價，根據(jù)元素價態(tài)規(guī)律可知-2價的S元素應(yīng)被氧化得到S單質(zhì)，則MnO2與BaS的系數(shù)比應(yīng)為1:1，根據(jù)后續(xù)流程可知產(chǎn)物還有Ba(OH)2，結(jié)合元素守恒可得化學方程式為：MnO2+BaS+H2O=Ba(OH)2+MnO+S；（2）根據(jù)題目信息可知MnO2為兩性氧化物，所以當MnO2過量時，會消耗反應(yīng)產(chǎn)生的Ba(OH)2，從而使Ba(OH)2的量達到最大值或會減小；（3）濾液I為結(jié)晶后剩余的Ba(OH)2飽和溶液，所以可以導入到蒸發(fā)操作中循環(huán)使用；（4）凈化時更好的除去Fe元素需要將Fe2+氧化為Fe3+，為了不引入新的雜質(zhì)，且不將Mn元素氧化，加入的試劑X可以是H2O2；根據(jù)表格數(shù)據(jù)可知，F(xiàn)e(OH)3和Al(OH)3為同種沉淀，而Al(OH)3的Ksp稍大，所以當Al3+完全沉淀時，F(xiàn)e3+也一定完全沉淀，當c(Al3+)=1.0×10-5mol/L時，c(OHˉ)==10-9.1mol/L，所以c(H+)=10-4.9mol/L，pH=4.9，即pH的理論最小值為4.9；（5）碳化過程Mn2+和碳酸氫根電離出的碳酸根結(jié)合生成碳酸錳沉淀，促進碳酸氫根的電離，產(chǎn)生的氫離子和一水合氨反應(yīng)生成銨根和水，所以離子方程式為Mn2++HCO+NH3·H2O=MnCO3↓+NH+H2O?！玖曨}5】某種碳酸錳礦的主要成分有MnCO3、MnO2、FeCO3、MgO、SiO2、Al2O3等。已知碳酸錳難溶于水。一種運用陰離子膜電解法的新技術(shù)可從碳酸錳礦中提取金屬錳，流程如下。陰離子膜電解法裝置如圖所示。（1）寫出用稀硫酸溶解碳酸錳時發(fā)生反應(yīng)的離子方程式:_____________________________。（2）已知不同金屬離子生成氫氧化物沉淀所需的pH如下表:離子Fe3+Al3+Fe2+Mn2+Mg2+開始沉淀的pH2.73.77.07.89.3沉淀完全的pH3.74.79.69.810.8加氨水調(diào)節(jié)溶液的pH=6，則濾渣的成分是_________________(寫化學式)，濾液中含有的陽離子有H+和________(寫離子符號)。（3）在浸出液里錳元素只以Mn2+的形式存在，且濾渣中也無MnO2，請解釋原因:_____________________________________。（4）如圖所示，電解裝置中溶液中陰離子由左向右移動，則A端是直流電源的____________極。實際生產(chǎn)中，陽極以稀硫酸為電解質(zhì)溶液，陽極的電極反應(yīng)為___________________________________________。（5）該工藝之所以采用陰離子交換膜，是為了防止Mn2+進入陽極區(qū)發(fā)生副反應(yīng)生成MnO2，造成資源浪費，寫出該副反應(yīng)的電極反應(yīng):____________________________________?！敬鸢浮浚?）MnCO3+2H+Mn2++CO2↑+H2O（2）Al(OH)3、Fe(OH)3Mn2+、Mg2+、NH4+（3）MnO2在酸性條件下被二價鐵還原為Mn2+（4）負4OH--4e-=O2↑+2H2O（或2H2O-4e-O2↑+4H+）（5）Mn2+-2e-+2H2OMnO2+4H+【解析】（1）稀硫酸溶解碳酸錳生成二氧化碳氣體，碳酸錳不溶于水，其反應(yīng)的離子方程式為：MnCO3+2H+=Mn2++CO2↑+H2O；（2）①流程中先加雙氧水的目的是將Fe2+氧化為Fe3+。②加氨水調(diào)節(jié)溶液的pH等于6，由表中數(shù)據(jù)可知，pH=6時，F(xiàn)e3+和Al3+可以完全沉淀，其他離子不會沉淀，所以濾渣的成分是Al(OH)3、Fe(OH)3，濾液中含有的陽離子有H+和Mn2+、Mg2+、NH4+；（3）在浸出液里錳元素只以Mn2+的形式存在，且濾渣中也無MnO2，因為MnO2在酸性條件下被二價鐵還原為Mn2+；（4）在電解池中陰離子移向陽極，所以B為正極，A為負極；溶液中的陰離子只有硫酸根離子和氫氧根離子，氫氧根離子首先放電，電極反應(yīng)式為：4OH--4e-=O2↑+2H2O（或2H2O-4e-O2↑+4H+）；（5）該副反應(yīng)陽極中，錳離子被氧化為二氧化錳，其電極反應(yīng)式為Mn2+-2e-+2H2O=MnO2+4H+?！玖曨}6】污染物的有效去除和資源的充分利用是化學造福人類的重要研究課題。某研究小組利用軟錳礦（主要成分為MnO2，另含少量鐵，鋁，銅，鎳等金屬化合物）作脫硫劑，通過如下簡化流程，既脫除燃煤尾氣中的SO2，又制得電池材料MnO2

（反應(yīng)條件已省略）。請回答下列問題：（1）所得MnO2

需充分洗滌，檢驗是否洗凈的方法是________________________。（2）上述流程脫硫?qū)崿F(xiàn)了________________________（選填下列字母編號）。A．廢棄物的綜合利用B．白色污染的減少C．酸雨的減少（3）加入MnCO3

是為了除去溶液中Fe3+和Al3+，檢驗Fe3+是否完全除掉的試劑為________________。（4）加入KMnO4充分反應(yīng)后，溶液酸性明顯增強，寫出反應(yīng)的離子方程式______________________。（5）假設(shè)脫除的SO2只與軟錳礦漿中MrO2反應(yīng)。按照圖示流程，將aL（標準狀況）含SO2的體積分數(shù)為b%的尾氣通入礦漿，若SO2的脫除率為100%，最終得到MnO2的質(zhì)量cg，則除去鐵、鋁、銅、鎳等雜質(zhì)以及外加KMnO4時，所引入的錳元素質(zhì)量為多少g?_________________【答案】（1）取最后一次洗滌液，癀加鹽酸酸化的BaCl2

溶液，若無沉淀生成，則表明已洗滌干凈（2）A、C（3）KSCN溶液（或硫氰化鉀溶液）（4）2MnO4-+3Mn2++2H2O=5MnO2

↓+4H+（5）（×-）×55g【解析】（1）所得MnO2需充分洗滌，檢驗是否洗凈的方法是:取最后一次洗滌液，加鹽酸酸化的BaCl2溶液，若無沉淀生成，則表明已洗滌干凈。（2）因為燃煤尾氣中的SO2會產(chǎn)生酸雨,對大氣造成污染等,故工業(yè)上采用脫硫的方法減小污染,且將廢氣SO2轉(zhuǎn)化為硫酸鹽,使廢氣得到了綜合利用，所以答案為A.C。（3）加入MnCO3是為了除去溶液中Fe3+和Al3+，因為Fe3+遇到硫氰化鉀溶液顯紅色，所以檢驗Fe3+是否完全除掉的試劑為：為KSCN溶液。（4）加入KMnO4充分反應(yīng)后，溶液酸性明顯增強，寫出反應(yīng)的離子方程式：2MnO4-+3Mn2++2H2O=5MnO2↓+4H+，（5）實際參加反應(yīng)的SO2的物質(zhì)的量(ab%)/22.4L，根據(jù)方程式MnO2(s)+SO2(g)=MnSO4(s)可知生成硫酸鎂的物質(zhì)的量是(ab%)/22.4L，最終生成二氧化錳是ckg，則根據(jù)方程式3MnSO4+2KMnO4+2H2O=5MnO2+K2SO4+2H2SO435xc/87可知，消耗硫酸錳的物質(zhì)的量是x=(3c/87)/5mol，則除去鐵、鋁、銅、鎳等雜質(zhì)時，所引入的錳元素的物質(zhì)的量是：/22.4L，所引入的錳元素質(zhì)量為（×-）×55g【習題7】高錳酸鉀是常用的消毒劑、除臭劑、水質(zhì)凈化劑以及強氧化劑。下圖是在實驗室中制備KMnO4晶體的流程：回答下列問題：（1）操作②的目的是獲得K2MnO4，同時還產(chǎn)生了KCl和H2O，試寫出該步反應(yīng)的化學方程式：_____________，操作①和②均需在坩堝中進行，根據(jù)實驗實際應(yīng)選擇_____________(填序號)。a．瓷坩堝b．氧化鋁坩堝c．鐵坩堝d．石英坩堝（2）操作④是使K2MnO4轉(zhuǎn)化為KMnO4和MnO2，該轉(zhuǎn)化過程中發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為_______________________________________。若溶液堿性過強，則MnO4—又會轉(zhuǎn)化為MnO42—，該轉(zhuǎn)化過程中發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為___________________________________，因此需要通入某種氣體調(diào)pH＝10～11，在實際操作中一般選擇CO2而不是HCl，原因是______________________________________。（3）操作⑤過濾時，選擇圖2所示裝置而不用圖1所示裝置的原因是_______________________。圖1圖2（4）還可采用電解K2MnO4溶液(綠色)的方法制造KMnO4(電解裝置如圖所示)，電解過程中右側(cè)石墨電極的電極反應(yīng)式為________________________________，溶液逐漸由綠色變?yōu)樽仙?。但若電解時間過長，溶液顏色又會轉(zhuǎn)變成綠色，可能的原因是________________________________。【答案】（1）KClO3＋3MnO2＋6KOH3K2MnO4＋KCl＋3H2O↑c（2）3MnO42－＋2H2O===2MnO4－＋MnO2↓＋4OH－4MnO4－＋4OH－===4MnO42－＋O2↑＋2H2OCl－具有還原性，可將K2MnO4和KMnO4還原（3）過濾速度快、效果好（4）MnO42－-e－===MnO4－電解較長時間后，陽極產(chǎn)生的MnO4-在陰極被還原，溶液顏色由紫色轉(zhuǎn)變?yōu)榫G色(或陰極上氫離子放電生成氫氣，同時產(chǎn)生大量的氫氧根離子，溶液堿性增強，MnO4－轉(zhuǎn)化為MnO42－，溶液顏色由紫色轉(zhuǎn)變?yōu)榫G色)【解析】在堿性條件下氯酸鉀與二氧化錳加熱熔融發(fā)生氧化還原反應(yīng)，二氧化錳被氧化成錳酸鉀，溶于水得墨綠色K2MnO4溶液，K2MnO4溶液中加入氫氧化鉀溶液再調(diào)節(jié)pH值為10～11，使MnO42-發(fā)生歧化反應(yīng)，生成MnO4-和MnO2，趁熱過濾除去二氧化錳，得高錳酸鉀溶液，冷卻結(jié)晶得高錳酸鉀晶體。（1）在堿性條件下氯酸鉀與二氧化錳加熱熔融發(fā)生氧化還原反應(yīng)，生成K2MnO4，同時還產(chǎn)生了KCl和H2O，反應(yīng)的化學方程式為KClO3+3MnO2+6KOH

3K2MnO4+KCl+3H2O↑；瓷坩堝和石英坩堝中均含有SiO2，在加熱條件下SiO2能與KOH反應(yīng)，Al2O3在加熱熔融時也可與KOH反應(yīng)，故只能選用鐵坩堝；（2）操作④是使MnO42-發(fā)生歧化反應(yīng)，生成MnO4-和MnO2，反應(yīng)的離子方程式為3MnO42－＋2H2O===2MnO4－＋MnO2↓＋4OH－；若溶液堿性過強，則MnO4-又會轉(zhuǎn)化為MnO42-和氧氣，反應(yīng)的離子方程式為4MnO4－＋4OH－===4MnO42－＋O2↑＋2H2O；在調(diào)節(jié)pH值時，若使用鹽酸，Cl－具有還原性，可將K2MnO4和KMnO4還原，所以如果用鹽酸會被高錳酸鉀氧化成氯氣，故不能用鹽酸調(diào)節(jié)pH值；（3）抽濾與過濾相比，抽濾速度快、效果好，所以用抽濾不用過濾；（4）電解K2MnO4溶液(綠色)的方法制造KMnO4，電解過程中右側(cè)石墨電極為陽極，是K2MnO4發(fā)生氧化反應(yīng)生成KMnO4，電極反應(yīng)式為MnO42--e-=MnO4-，電解較長時間后，陽極產(chǎn)生的MnO4-在陰極被還原，紫色又轉(zhuǎn)變?yōu)榫G色(或陰極上氫離子放電生成氫氣，同時產(chǎn)生大量的氫氧根離子，溶液堿性增強，紫色又轉(zhuǎn)變?yōu)榫G色)，【習題8】污染物的有效去除和資源的充分利用是化學造福人類的重要課題。某研究小組利用軟錳礦（主要成分為MnO2，另含有少量鐵、鋁、銅、鎳等金屬化合物)作脫硫劑，通過如下簡化流程既脫除燃煤尾氣中的SO2，又制得電池材料MnO2（反應(yīng)條件已省略）。請回答下列問題：（1）上述流程脫硫?qū)崿F(xiàn)了____________(選填下列字母編號)。a．廢棄物的綜合利用b．白色污染的減少c．酸雨的減少（2）KMnO4+MnSO4→MnO2的反應(yīng)中，氧化劑與還原劑的物質(zhì)的量之比為____________。（3）已知：25℃、101kPa時，Mn(s)+O2(g)=MnO2(s)△H=-520kJ·mol-1S(s)+O2(g)=SO2(g)△H=-297kJ·mol-1Mn(s)+S(s)+2O2(g)=MnSO4(s)△H=-1065kJ·mol-1SO2與MnO2反應(yīng)生成無水MnSO4的熱化學方程式為：_______________________________。（4）MnO2可作超級電容器材料。用惰性電極電解MnSO4溶液可制得MnO2其陽極的電極反應(yīng)式是__________________________________________________。（5）MnO2是堿性鋅錳電池的正極材料。堿性鋅錳電池放電時，正極的電極反應(yīng)式為：____________________________________________________。若以該電池為電源，以石墨作電極電解CuSO4溶液，陰極析出銅，陽極產(chǎn)物是___________________。【答案】（1）ac（2）2∶3（3）MnO2(s)+SO2(g)=MnSO4(s)△H=-248kJ·mol-1（4）Mn2＋+2H2O-2e-=MnO2+4H＋（5）MnO2+H2O+e-=MnO(OH)+OH-O2、H2SO4【解析】（1）白色污染主要是塑料等難降解的物質(zhì)形成的，SO2能形成酸雨，因此脫硫?qū)崿F(xiàn)了廢棄物的綜合利用，同時也減少了酸雨形成，即答案選ac；（2）KMnO4+MnSO4→MnO2的反應(yīng)中，根據(jù)化合價變化，KMnO4→MnO2的化合價由+7降到+4降低4，+MnSO4→MnO2化合價由+2升到+4升高2，氧化劑與還原劑的物質(zhì)的量之比為2：3；（3）已知：熱化學方程式①Mn(s)＋O2(g)＝MnO2(s)△H＝－520kJ/mol，②S(s)＋O2(g)＝SO2(g)△H＝－297kJ/mol，③Mn(s)＋S(s)＋2O2(g)＝MnSO4(s)△H＝－1065kJ/mol，則根據(jù)蓋斯定律可知③－（①＋③）即得到SO2與MnO2反應(yīng)生成無水MnSO4的熱化學方程式MnO2(s)＋SO2(g)=MnSO4(s)△H=-248kJ/mol；（4）電解池中陽極失去電子發(fā)生氧化反應(yīng)，則用惰性電極電解MnSO4溶液可制得MnO2，因此陽極是錳離子放電，其陽極電極反應(yīng)式是Mn2＋＋2H2O－2e－＝MnO2＋4H＋；（5）原電池中負極失去電子，正極得到電子，因此堿性鋅錳電池放電時，正極是二氧化錳得到電子，則電極反應(yīng)式是MnO2＋H2O＋e－＝MnO(OH)＋OH－；以石墨作電極電解CuSO4溶液。陰極析出銅，則陽極為陰離子氫氧根放電，生成氧氣，導致氫離子濃度增大，所以陽極的產(chǎn)物有O2、H2SO4。【習題9】氧化鋅為白色粉末，可用于濕疹、癬等皮膚病的治療。純化工業(yè)級氧化鋅(含有Fe(Ⅱ),Mn(Ⅱ),Ni(Ⅱ)等雜質(zhì))的流程如下:提示:在本實驗條件下，Ni(Ⅱ)不能被氧化:高錳酸鉀的還原產(chǎn)物是MnO2回答下列問題:（1）反應(yīng)②發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為、（2）反應(yīng)④中產(chǎn)物的成分可能是ZnCO3·xZn(OH)2.取干操后的濾餅11.2g，煅燒后可得到產(chǎn)品8.1g.則x等于_____________。（3）K2FeO4-Zn可以組成堿性電池，K2FeO4在電池中作為正極材料，其電極反應(yīng)式為________________，該電池總反應(yīng)的離子方程式為____________________________?！敬鸢浮浚?）MnO4－＋3Fe2＋＋7H2O=MnO2↓＋3Fe(OH)3↓＋5H＋3Mn2＋＋2MnO4－＋2H2O=5MnO2↓＋4H＋（2）1（3）FeO42-+3e-+4H2O=Fe(OH)3+5OH-；2FeO42-+8H2O+3Zn=2Fe(OH)3+3Zn(OH)2+4OH-【解析】（1）工業(yè)ZnO中含有Fe2+、Mn2+，當將入強氧化劑反應(yīng)酸性高錳酸鉀溶液時，會發(fā)生氧化還原反應(yīng)，②發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為MnO4－＋3Fe2＋＋7H2O=MnO2↓＋3Fe(OH)3↓＋5H＋；3Mn2＋＋2MnO4－＋2H2O=5MnO2↓＋4H＋；（2）反應(yīng)④中產(chǎn)物的成分可能是ZnCO3·xZn(OH)2.取干燥后的濾餅11.2g，煅燒后可得到產(chǎn)品8.1g.n(ZnO)=8.1g÷81g/mol=0.1mol，假設(shè)11.2g濾餅含有ZnCO3·xZn(OH)2的物質(zhì)的量是amol，則a(1+x)=0.1mol；a(125+99x)=11.2g，解得x=1；a=0.05。（3）K2FeO4-Zn可以組成堿性電池，K2FeO4在電池中作為正極材料，正極發(fā)生還原反應(yīng)，其電極反應(yīng)式為FeO42-+3e-+4H2O=Fe(OH)3+5OH-；Zn為負極，負極發(fā)生氧化反應(yīng)，電極反應(yīng)式是：Zn-2e-+2OH-=Zn(OH)2，故該電池總反應(yīng)的離子方程式為2FeO42-+8H2O+3Zn=2Fe(OH)3+3Zn(OH)2+4OH-?！玖曨}10】三氧化二猛(Mn2O3)在現(xiàn)代工業(yè)上應(yīng)用廣泛。以軟錳礦(主要成分為MnO2)和硫錳礦(主要成分為MnS)為原料制備高純度硫酸錳進而制備三氧化二錳的工藝流程如下(兩種礦物中均不存在單質(zhì)雜質(zhì))：（1）濾渣1中存在一種非金屬單質(zhì)，則“酸浸”時反應(yīng)①的化學方程式為_____________________。（2）操作X為蒸發(fā)濃縮、__________________、洗滌烘干。經(jīng)操作X之后得到MnSO4?H2O。在洗滌操作中，常用酒精洗滌MnSO4?H2O晶體，主要目的是________________________________。（3）氣體Y直接排放會污染空氣，將Y的水溶液與軟錳礦反應(yīng)可得硫酸錳，反應(yīng)②的化學方程式為_____________________________________。（4）Mn2O3與MnO2類似，也能與濃鹽酸反應(yīng)，其反應(yīng)的離子方程式為__________________________。（5）用標準的BaCl2溶液測定樣品中MnSO4?H2O的質(zhì)量分數(shù)時，發(fā)現(xiàn)樣品純度大于100%(測定過程中產(chǎn)生的誤差可忽略)，其原因可能是_________________________(任寫一點)?！敬鸢浮浚?）MnO2+MnS+2H2SO4==2MnSO4+S+2H2O（2）冷卻結(jié)晶；減少MnSO4?H2O的損失；（3）MnO2+SO2=MnSO4；（4）Mn2O3+6H++2Cl-2Mn2++Cl2↑+3H2O；（5）混有硫酸鹽雜質(zhì)(或部分晶體失去結(jié)晶水)；【解析】（1）軟錳礦(主要成分為MnO2)和硫錳礦(主要成分為MnS)，用硫酸溶解后，濾渣1中存在一種非金屬單質(zhì)，是因為二氧化錳能夠?qū)⒘螂x子氧化為硫單質(zhì)，則反應(yīng)①的化學方程式為MnO2+MnS+2H2SO4==2MnSO4+S+2H2O；（2）操作X為從硫酸錳溶液中獲取硫酸錳晶體，方法是蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、洗滌烘干。得到的MnSO4?H2O常用酒精洗滌目的是減少MnSO4?H2O的損失；（3）根據(jù)流程圖，硫酸錳煅燒后生成三氧化二錳，錳元素化合價升高，則硫元素的化合價降低，放出二氧化硫氣體，Y為二氧化硫，將二氧化硫的水溶液與軟錳礦反應(yīng)可得硫酸錳，反應(yīng)的化學方程式為MnO2+SO2=MnSO4；（4）Mn2O3與MnO2類似，也能與濃鹽酸反應(yīng)，其反應(yīng)的離子方程式為Mn2O3+6H++2Cl-2Mn2++Cl2↑+3H2O；（5）用標準的BaCl2溶液測定樣品中MnSO4?H2O的質(zhì)量分數(shù)時，發(fā)現(xiàn)樣品純度大于100%(測定過程中產(chǎn)生的誤差可忽略)，可能的原因有①混有硫酸鹽雜質(zhì)，②部分晶體失去結(jié)晶水等?！玖曨}11】軟錳礦(主要成分MnO2，雜質(zhì)金屬元素Fe、Al、Mg等)的水懸濁液與煙氣中SO2反應(yīng)可制備MnSO4·H2O，反應(yīng)的化學方程式為MnO2+SO2MnSO4。（1）質(zhì)量為17.40g純凈MnO2最多能氧化________________L(標準狀況)SO2。（2）已知:Ksp[Al(OH)3]=1×10-33，Ksp[Fe(OH)3]=3×10-39，pH=7.1時Mn(OH)2開始沉淀。室溫下，除去MnSO4溶液中的Fe3+、Al3+(使其濃度均小于1×10-6mol·L-1)，需調(diào)節(jié)溶液pH范圍為_____________。（3）下圖可以看出，從MnSO4和MgSO4混合溶液中結(jié)晶MnSO4·H2O晶體，需控制結(jié)晶溫度范圍為___________________。（4）準確稱取0.1710gMnSO4·H2O樣品置于錐形瓶中，加入適量H3PO4和NH4NO3溶液，加熱使Mn2+全部氧化成Mn3+，用c(Fe2+)=0.0500mol·L-1的標準溶液滴定至終點(滴定過程中Mn3+被還原為Mn2+)，消耗Fe2+溶液20.00mL。計算MnSO4·H2O樣品的純度(請給出計算過程)_________________。【答案】（1）4.48（2）5.0<pH<7.1（3）高于60℃（4）根據(jù)氧化還原反應(yīng)中得失電子守恒:n(Mn3+)×1=n(Fe2+)×1=20.00×10-3L×0.0500mol·L-1=1.00×10-3mol，根據(jù)錳元素守恒，m(MnSO4·H2O)=1.00×10-3mol×169g·mol-1=0.169g，樣品的純度是×100%≈98.8%【解析】（1）根據(jù)反應(yīng)方程式，n(SO2)=n(MnO2)=mol=0.2mol，因此V(SO2)=0.2×22.4L=4.48L；（2）制備MnSO4，再根據(jù)信息，pH小于7.1，氫氧化鋁完全變成沉淀時的pH：Ksp[Al(OH)3]=1×10－33=c(Al3＋)×c3(OH－)，c(Al3＋)=1×10－6mol·L－1，得出：c(OH－)=1×10－9mol·L－1，c(H＋)=Kw/c(OH－)=10－5，pH=5，同理計算出Fe(OH)3完全變成沉淀時，pH約為3.5，故范圍是：5.0<pH<7.1；（3）從MnSO4和MgSO