高中化學 化學工藝錳元素 練習題（含答案）

高考化學沖刺新題型大三輪微考點—化學工藝流程題錳（Mn）元素1．(2019·全國卷Ⅲ·節(jié)選)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，工藝如圖所示?；卮鹣铝袉栴}：相關金屬離子[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的化學方程式________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(2)“氧化”中添加適量的MnO2的作用是________。(3)“調(diào)pH”除鐵和鋁，溶液的pH范圍應調(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________。解析：(1)硫化錳礦及二氧化錳粉末中加入硫酸后，發(fā)生氧化還原反應：MnO2＋MnS＋2H2SO4=2MnSO4＋S＋2H2O，故濾渣1的主要成分為S和SiO2(不溶性硅酸鹽)。(2)Fe2＋沉淀完全時，Mn2＋已經(jīng)開始沉淀，故加入MnO2是為了將溶液中的Fe2＋氧化為Fe3＋，便于除去。(3)除去Fe3＋及Al3＋，應使二者沉淀完全，故pH應大于4.7。(4)鋅和鎳的硫化物都難溶于水，故“濾渣3”的主要成分為ZnS、NiS。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ZnS2．(2019·廣西名校聯(lián)考)碳酸錳(MnCO3)是制造電信器材的軟磁鐵氧體，也用作脫硫的催化劑，瓷釉、涂料和清漆的顏料。工業(yè)上利用軟錳礦(主要成分是MnO2，還含有Fe2O3、CaCO3、CuO等雜質)制取碳酸錳的流程如下圖所示：已知：還原焙燒的主反應為2MnO2＋Ceq\o(=,\s\up8(焙燒))2MnO＋CO2↑?？赡苡玫降臄?shù)據(jù)如下：氫氧化物Fe(OH)3Fe(OH)2Cu(OH)2Mn(OH)2開始沉淀pH1.56.54.28.3沉淀完全pH3.79.77.49.8根據(jù)要求回答下列問題：(1)在實驗室進行步驟A操作時，需要用到的主要儀器名稱為________。(2)步驟C中得到的濾渣主要成分是CaSO4和________，步驟D中還原劑與氧化劑的物質的量之比為________。(3)步驟E中調(diào)節(jié)pH的范圍為________，其目的是__________________________________________________________________________。(4)步驟G發(fā)生的離子方程式為____________________________，若Mn2＋沉淀完全時測得溶液中COeq\o\al(2－,3)的濃度為2.2×10－6mol·L－1，則Ksp(MnCO3)＝________。(5)實驗室可以用Na2S2O8溶液來檢驗Mn2＋是否完全發(fā)生反應，原理為Mn2＋＋S2Oeq\o\al(2－,8)＋H2O→H＋＋SOeq\o\al(2－,4)＋MnOeq\o\al(－,4)，確認Mn2＋已經(jīng)完全反應的現(xiàn)象是___________________________________________________________________________________________________________。[解析](2)步驟C中得到的濾渣是不溶于水的Cu和微溶的CaSO4，步驟D中加入MnO2氧化溶液中的Fe2＋，其中Mn從＋4價降為＋2價，F(xiàn)e從＋2價升高為＋3價，F(xiàn)e2＋是還原劑，根據(jù)電子守恒，還原劑與氧化劑的物質的量之比為2∶1。(3)由圖表可知為了使Fe3＋轉化為Fe(OH)3而除去，而不影響Mn2＋，步驟E中調(diào)節(jié)pH的范圍為大于Fe(OH)3的沉淀的pH而小于Mn2＋形成沉淀需要的pH，即選擇條件為3.7≤pH<8.3(或3.7<pH<8.3)。(4)在含有Mn2＋的溶液中加入NH4HCO3生成MnCO3沉淀，發(fā)生反應的離子方程式為Mn2＋＋2HCOeq\o\al(－,3)=MnCO3↓＋CO2↑＋H2O，Mn2＋沉淀完全時其濃度為1×10－5mol·L－1，溶液中COeq\o\al(2－,3)的濃度為2.2×10－6mol·L－1，則Ksp(MnCO3)＝(1×10－5mol·L－1)×(2.2×10－6mol·L－1)＝2.2×10－11。(5)可利用Na2S2O8溶液與Mn2＋反應生成MnOeq\o\al(－,4)(紫色)來檢驗Mn2＋是否存在。[答案](1)坩堝(2)Cu2∶1(3)3.7≤pH<8.3(或3.7<pH<8.3)使Fe3＋轉化為Fe(OH)3而除去，不影響Mn2＋(4)Mn2＋＋2HCOeq\o\al(－,3)=MnCO3↓＋CO2↑＋H2O2.2×10－11(5)取少量試樣于試管中，滴入Na2S2O8溶液，溶液不變?yōu)樽仙珓tMn2＋已完全反應3．Mn(H2PO4)2·2H2O是一種白色晶體，易溶于水，常用于機械設備的磷化處理。以軟錳礦(主要成分為MnO2，還含有少量的Fe2O3、FeO和Al2O3)為原料制備Mn(H2PO4)2·2H2O的流程如下：(1)加入磷酸后發(fā)生反應的化學方程式為_____________________________。(2)某工廠用上述流程制備Mn(H2PO4)2·2H2O，已知軟錳礦中MnO2的含量為87%，整個流程中錳元素的損耗率為9%，則1噸該軟錳礦可制得Mn(H2PO4)2·2H2O________t。解析：(1)碳酸鈉與硫酸錳反應生成碳酸錳，加入磷酸使碳酸錳生成Mn(H2PO4)2，反應的化學方程式為MnCO3＋2H3PO4=Mn(H2PO4)2＋CO2↑＋H2O。(2)根據(jù)MnO2～Mn(H2PO4)2·2H2O872851t×87%×(1－9%)m[Mn(H2PO4)2·2H2O]則eq\f(87,1t×87%×1－9%)＝eq\f(285,m[MnH2PO42·2H2O])，解得m[Mn(H2PO4)2·2H2O]≈2.59t。答案：(1)MnCO3＋2H3PO4=Mn(H2PO4)2＋CO2↑＋H2O(2)2.59(或2.5935)4．(2019·漳州二模)工業(yè)上采用氯化銨焙燒菱錳礦制備高純碳酸錳的流程如圖所示：已知：①菱錳礦的主要成分是MnCO3，其余為Fe、Ca、Mg、Al等元素。②部分陽離子沉淀時溶液的pH。離子Al3＋Fe3＋Ca2＋Mn2＋Mg2＋開始沉淀的pH4.12.210.68.19.1沉淀完全的pH4.73.213.110.111.1③焙燒過程中主要反應為MnCO3＋2NH4Cleq\o(=,\s\up7(△))MnCl2＋2NH3↑＋CO2↑＋H2O。(1)根據(jù)圖1、2、3，分析焙燒過程中最佳的焙燒溫度、焙燒時間、m(NH4Cl)/m(菱錳礦粉)分別為________、________、________。(2)對浸出液凈化除雜時，需先加入MnO2，作用是________，再調(diào)節(jié)溶液pH的最大范圍為________，將Fe3＋和Al3＋變?yōu)槌恋矶?，然后加入NH4F將Ca2＋、Mg2＋變?yōu)榉锍恋沓ァ?3)“碳化結晶”步驟中，加入碳酸氫銨時反應的離子方程式為________________________________________________________________________。(4)上述流程中可循環(huán)使用的物質是________(填化學式)。(5)現(xiàn)用滴定法測定產(chǎn)品中錳的含量。實驗步驟：稱取4.000g試樣，向其中加入稍過量的磷酸和硝酸，加熱使產(chǎn)品中MnCO3完全轉化為[Mn(PO4)2]3－(其中NOeq\o\al(－,3)轉化為NOeq\o\al(－,2))；加入稍過量的硫酸銨，發(fā)生反應NOeq\o\al(－,2)＋NHeq\o\al(＋,4)=N2↑＋2H2O以除去NOeq\o\al(－,2)；加入稀硫酸酸化，再加入60.00mL0.500mol·L－1硫酸亞鐵銨溶液，發(fā)生的反應為[Mn(PO4)2]3－＋Fe2＋=Mn2＋＋Fe3＋＋2POeq\o\al(3－,4)；用5.00mL0.500mol·L－1酸性K2Cr2O7溶液恰好除去過量的Fe2＋。①酸性K2Cr2O7溶液與Fe2＋反應的離子方程式為________________________________________________________________________________________________。②試樣中錳的質量分數(shù)為______。解析：(1)結合題中圖像，浸出率達到一定高度后再改變該量時變化不明顯的臨界點，即為最佳選擇，則焙燒溫度為500℃，焙燒時間為60min，eq\f(mNH4Cl,m菱錳礦粉)的值為1.10。(2)為了通過調(diào)節(jié)pH使溶液中的鐵變?yōu)槌恋恚瑒t需要把亞鐵離子氧化為鐵離子；為了完全使溶液中的Fe3＋、Al3＋變?yōu)槌恋?，而不影響Ca2＋、Mg2＋、Mn2＋，則pH應大于等于4.7，小于8.1。(3)凈化除雜后溶液中的錳離子與碳酸氫根離子反應生成碳酸錳沉淀、二氧化碳氣體與水，反應的離子方程式為Mn2＋＋2HCOeq\o\al(－,3)=MnCO3↓＋CO2↑＋H2O。(4)通過流程可知，可以循環(huán)利用的物質為氯化銨。(5)①酸性K2Cr2O7溶液中的Cr為＋6價，反應中變?yōu)椋?價，亞鐵離子變?yōu)椋?價，反應的離子方程式：6Fe2＋＋Cr2Oeq\o\al(2－,7)＋14H＋=6Fe3＋＋2Cr3＋＋7H2O；②加入的硫酸亞鐵銨中的亞鐵離子分兩部分，與[Mn(PO4)2]3－和K2Cr2O7反應，n(Fe2＋)∶n(Cr2Oeq\o\al(2－,7))＝6∶1，n1(Fe2＋)＝6×0.5mol·L－1×0.005L＝0.015mol，n2(Fe2＋)∶n([Mn(PO4)2]3－)＝1∶1，n2(Fe2＋)＝n([Mn(PO4)2]3－)＝0.500mol·L－1×0.060L－0.015mol＝0.015mol，根據(jù)Mn原子守恒，則m(Mn)＝0.015mol×55g·mol－1＝0.825g，質量分數(shù)＝eq\f(0.825,4)×100%＝20.625%。答案：(1)500℃60min1.10(2)將Fe2＋氧化為Fe3＋4.7≤pH<8.1(3)Mn2＋＋2HCOeq\o\al(－,3)=MnCO3↓＋CO2↑＋H2O(4)NH4Cl(5)①6Fe2＋＋Cr2Oeq\o\al(2－,7)＋14H＋=6Fe3＋＋2Cr3＋＋7H2O②20.625%5.(2018·周口市上學期期末抽測調(diào)研)某化學興趣小組對一種廢舊合金(含有Cu、Fe、Si等元素)進行分離、回收再利用，所設計工藝流程如下。已知：298K時，Ksp[Fe(OH)3]＝4.0×10－38，Ksp[Cu(OH)2]＝2.2×10－20，Ksp[Mn(OH)2]＝1.9×10－13回答下列問題：(1)操作Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ為________，固體B為________(填化學式)。(2)加入過量FeCl3溶液過程中與較不活潑的金屬反應的離子方程__________________________________。(3)調(diào)節(jié)pH至2.9～3.2的目的是分離________(填離子符號)(4)①向溶液b中加入酸性KMnO4溶液發(fā)生反應的離子方程式為____________________________________________________________________。②若用amol/LKMnO4溶液處理溶液b，當恰好反應時消耗KMnO4溶液VmL，所得紅棕色固體C的物質的量為________(用含a、V的代數(shù)式表示)(5)常溫下，若溶液c中所含的金屬陽離子濃度相等，向溶液c中逐滴加入KOH溶液，最后生成的沉淀為_______________________________________________________________________(填化學式)。(6)用惰性電極電解時陽極產(chǎn)生標準狀況下的氣體6.72L，陰極得到的電子數(shù)為0.8NA，則生成氧氣的物質的量為________mol。解析試題分析：由流程可知，合金經(jīng)氯化鐵溶液溶解后把其中的鐵和銅溶解，過濾后除去硅；向濾液中加入過量的銅，把過量的Fe3＋還原，過濾得到銅，再向濾液中加入酸性高錳酸鉀溶液把亞鐵離子完全氧化為＋3價鐵離子，然后再加堿調(diào)節(jié)pH使＋3價鐵離子轉化為氫氧化鐵沉淀；濾液經(jīng)處理后電解，陽極得到氯氣和氧氣、陰極得到銅。(1)操作I、Ⅱ、Ⅲ為過濾，固體B為Cu。(2)FeCl3溶液與較不活潑的金屬銅反應的離子方程式為2Fe3＋＋Cu=2Fe2＋＋Cu2＋。(