学年北京高三化学二轮复习 流程图中的金属锰.docx

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学年北京高三化学二轮复习流程图中的金属锰

2018——2019学年北京高三化学二轮复习流程图中的金属锰

1、KMnO4在实验室和工业上均有重要应用，其工业制备的部分工艺如下：

Ⅰ．将软锰矿（主要成分MnO2）粉碎后，与KOH固体混合，通入空气充分焙烧，生成暗绿色熔融态物质。

Ⅱ．冷却，将固体研细，用稀KOH溶液浸取，过滤，得暗绿色溶液。

Ⅲ．向暗绿色溶液中通入CO2，溶液变为紫红色，同时生成黑色固体。

Ⅳ．过滤，将紫红色溶液蒸发浓缩，冷却结晶，过滤，洗涤，干燥，得KMnO4固体。

资料：

K2MnO4为暗绿色固体，在强碱性溶液中稳定，在近中性或酸性溶液中易发生歧化反应（Mn的化合价既升高又降低）。

（1）Ⅰ中，粉碎软锰矿的目的是________。

（2）Ⅰ中，生成K2MnO4的化学方程式是________。

（3）Ⅱ中，浸取时用稀KOH溶液的原因是________。

（4）Ⅲ中，CO2和K2MnO4在溶液中反应的化学方程式是________。

（5）将K2MnO4溶液采用惰性电极隔膜法电解，也可制得KMnO4。

装置如下图：

b极是______极（填“阳”或“阴”），D是________。

结合电极反应式简述生成KMnO4的原理：

________。

传统无膜法电解时，锰元素利用率偏低，与之相比，用阳离子交换膜可以提高锰元素的利用率，其原因是________。

（6）用滴定法测定某高锰酸钾产品的纯度，步骤如下：

已知：

Na2C2O4+H2SO4==H2C2O4+Na2SO4

5H2C2O4+2MnO4−+6H+==2Mn2++10CO2↑+8H2O

摩尔质量：

Na2C2O4134g·mol−1KMnO4158g·mol−1

ⅰ．称取ag产品，配成50mL溶液。

ⅱ．称取bgNa2C2O4，置于锥形瓶中，加蒸馏水使其溶解，再加入过量的硫酸。

ⅲ．将锥形瓶中溶液加热到75℃～80℃，恒温，用ⅰ中所配溶液滴定至终点，消耗溶液VmL（杂质不参与反应）。

产品中KMnO4的质量分数的表达式为________。

答案（共12分）

焙烧

（1）增大反应物接触面积，加快反应速率（1分）

（2）2MnO2+4KOH+O2=====2K2MnO4+2H2O（2分）

（3）保持溶液呈强碱性，防止K2MnO4发生歧化反应（1分）

（4）3K2MnO4+2CO2==2KMnO4+MnO2↓+2K2CO3（2分）

（5）①阴（1分）较浓的KOH溶液（1分）

②a极：

MnO42−−e−==MnO4−，部分K+通过阳离子交换膜进入阴极区，阳极区生成KMnO4（1分）

③用阳离子交换膜可防止MnO4−、MnO42−在阴极被还原（1分）

（6）（2分）

2、软锰矿在生产中有广泛的应用。

（1）过程

：

软锰矿的酸浸处理

①酸浸过程中的主要反应（将方程式补充完整）：

2FeS2+□MnO2+□===□Mn2++2Fe3++4S+□。

②生成的硫附着在矿粉颗粒表面使上述反应受阻，此时加入H2O2，利用其迅速分解产生的大量气体破除附着的硫。

导致H2O2迅速分解的因素是。

矿粉颗粒表面附着的硫被破除后，H2O2可以继续与MnO2反应，从而提高锰元素的浸出率，该反应的离子方程式是。

（2）过程

：

电解法制备金属锰

金属锰在（填“阳”或“阴”）极析出。

（3）过程

：

制备Mn3O4

右图表示通入O2时pH随时间的变化。

15~150分钟滤饼中一定参与反应的成分是，判断的理由是。

（4）过程Ⅳ：

制备MnCO3

MnCO3难溶于水、能溶于强酸，可用MnSO4溶液和NH4HCO3溶液混合制备。

每制得1molMnCO3，至少消耗amol/LNH4HCO3溶液的体积为L。

答案

（1）①

②Fe3+（或Mn2+或MnO2）等作催化剂

③MnO2+H2O2+2H+===Mn2++O2↑+2H2O

（2）阴

（3）Mn2（OH）2SO4

Mn2（OH）2SO4被O2氧化产生H+，而Mn（OH）2被O2氧化不产生H+

（4）

3（2019年北京朝阳）以废旧锌锰电池中的黑锰粉（MnO2、MnO（OH）、NH4Cl、少量ZnCl2及炭黑、氧化铁等）为原料制备MnCl2，实现锰的再利用。

其工作流程如下：

（1）过程Ⅰ，在空气中加热黑锰粉的目的是除炭、氧化MnO（OH）等。

O2氧化MnO（OH）的化学方程式是。

（2）溶液a的主要成分为NH4Cl，另外还含有少量ZnCl2等。

①溶液a呈酸性，原因是。

②根据右图所示的溶解度曲线，将溶液a

（填操作），可得NH4Cl粗品。

③提纯NH4Cl粗品，有关性质数据如下：

化合物

ZnCl2

NH4Cl

熔点

365℃

337.8℃分解

沸点

732℃

——

根据上表，设计方案提纯NH4Cl：

。

（3）检验MnSO4溶液中是否含有Fe3+：

取少量溶液，加入（填试剂和现象），

证明溶液中Fe3+沉淀完全。

（4）探究过程Ⅱ中MnO2溶解的适宜条件。

ⅰ．向MnO2中加入H2O2溶液，产生大量气泡；再加入稀H2SO4，固体未明显溶解。

ⅱ．向MnO2中加入稀H2SO4，固体未溶解；再加入H2O2溶液，产生大量气泡，固体完全溶解。

①用化学方程式表示ⅱ中MnO2溶解的原因：

。

②解释试剂加入顺序不同，MnO2作用不同的原因：

。

上述实验说明，试剂加入顺序不同，物质体现的性质可能不同，产物也可能不同。

答案

（1）

（2）①

⇌

（或

水解产生

）

②蒸发浓缩，冷却结晶，过滤

③加热

粗品至340℃左右，NH4Cl=NH3+HCl；收集产物并冷却，

NH3+HCl=NH4Cl，得到纯净NH4Cl。

（3）KSCN溶液，不变红

（4）①

②i中

作催化剂，反应快，

只催化分解

；

ii中

作氧化剂，加入稀

后，

的氧化性增强，被

还原为

。

4、以废旧锌锰电池初步处理分选出的含锰废料（MnO2、MnOOH、MnO及少量Fe、Pb等）为原料制备高纯MnCl2·xH2O，实现锰的再生利用。

其工作流程如下：

资料a．Mn的金属活动性强于Fe；

Mn2+在酸性条件下比较稳定，pH高于5.5时易被O2氧化。

资料b．

生成氢氧化物沉淀的pH

Mn（OH）2

Pb（OH）2

Fe（OH）3

开始沉淀时

8.1

6.5

1.9

完全沉淀时

10.1

8.5

3.2

注：

金属离子的起始浓度为0.1mol·L-1

（1）过程Ⅰ的目的是浸出锰。

经检验滤液1中含有的阳离子为Mn2+、Fe3+、Pb2+和H+。

①MnO2与浓盐酸反应的离子方程式是。

②检验滤液1中只含Fe3+不含Fe2+的操作和现象是：

取少量滤液1于试管中，滴入铁氰化钾溶液，无蓝色沉淀生成；另取少量滤液1于试管中，。

③Fe3+由Fe2+转化而成，可能发生的反应有：

a．2Fe2++Cl2=2Fe3++2Cl－

b．4Fe2++O2+4H+=2Fe3++2H2O

c．写出c的离子方程式：

。

（2）过程Ⅱ的目的是除铁。

有如下两种方法：

ⅰ.氨水法：

将滤液1先稀释，再加适量10%的氨水，过滤。

ⅱ.焙烧法：

将滤液1浓缩得到的固体于290℃焙烧，冷却，取焙烧物......。

已知：

焙烧中发生的主要反应为2FeCl3+3O2=2Fe2O3+3Cl2，MnCl2和PbCl2不发生变化。

①氨水法除铁时，溶液pH应控制在之间。

②补全ⅱ中的操作：

。

③两种方法比较，氨水法除铁的缺点是。

（3）过程Ⅲ的目的是除铅。

加入的试剂是。

（4）过程Ⅳ所得固体中的x的测定如下：

取m1g样品，置于氮气氛围中加热至失去全部结晶水时，质量变为m2g。

则x=。

答案：

（1）①MnO2+4H++2Cl－

Mn2++Cl2↑+2H2O

②滴加KSCN溶液，变红

③MnO2+4H++2Fe2+=Mn2++2Fe3++2H2O

或MnOOH+3H++Fe2+=Mn2++Fe3++2H2O

（2）①3.2~5.5

②加水溶解，过滤，再加盐酸酸化至pH小于5.5

③引入杂质NH4+

（3）锰

（4）7（m1-m2）/m2

5、锂离子电池正极材料需要纯度较高的硫酸锰，目前工业硫酸锰中杂质（钙、镁、铁等）含量高，利用下图流程可制取纯度较高的硫酸锰溶液。

反应①使杂质生成氟化物的沉淀，对反应①前后的杂质含量检测结果（以350g/LMnSO4计）如下：

杂质

净化前/g

净化后/g

去除率/%

Fe2+、Fe3+

0.001275

0.001275

—

Ca2+

0.490000

0.021510

95.61

Mg2+

0.252000

0.025100

90.04

（1）滤渣x中含有的物质是。

（2）试分析钙镁去除结果不同的原因：

。

（3）在滤液中加入KMnO4可以将Fe2+氧化为Fe3+，同时生成Mn2+。

该反应的离子方程式为。

（4）已知：

生成氢氧化物沉淀的pH

Fe（OH）2

Fe（OH）3

Mn（OH）2

开始沉淀时

6.3

1.5

8.3

完全沉淀时

8.3

2.8

9.8

注：

金属离子的起始浓度为0.1mol/L

根据表中数据解释流程中②的目的：

。

（5）进一步研究表明，如果反应①后不过滤直接加入KMnO4，同时控制加入的量，反应后调节pH，然后再过滤，可以进一步提高钙镁的去除率。

对钙镁去除率提高的原因有如下假设：

假设Ⅰ：

Fe2+与生成了Fe3+，Fe3+水解生成的Fe（OH）3吸附了沉淀物；

假设Ⅱ：

Mn2+与反应生成的活性MnO2吸附了沉淀物。

选择适当的无机试剂，设计实验验证假设是否成立。

（6）锂离子电池充放电过程中，锂离子在正极和负极之间来回移动，就像一把摇椅，称“摇椅式电池”。

典型的锂离子电池工作原理如下图所示。

①放电时Li+的移动方向从极到极（填“a”或“b”）

②已知电极总反应：

LiCoO2＋C

Li1－xCoO2＋CLix，

写出放电时正极的电极反应式。

答案

（1）CaF2MgF2（2分）

（2）CaF2比MgF2更难溶（2分）

（3）MnO4－＋5Fe2＋＋8H＋

5Fe3＋＋Mn2＋＋4H2O（2分）

（4）将Fe3＋转化为Fe（OH）3达到分离铁元素与锰元素的目的（2分）

（5）取工业硫酸锰废水，加入MnF2，将所得样品分成两份，其中一份加入Fe（OH）3胶体，另一份加入活性MnO2，分别检测Ca2+、Mg2+的去除率，若去除率提高（大于95.61%、90.04%），则说明假设成立。

（2分）

（6）①ba（2分）

②Li1-xCoO2+xLi++xe－

LiCoO2（2分）

6、工业以软锰矿（主要成分是MnO2，含有SiO2、Fe2O3等少量杂质）为主要原料制备高性能的磁性材料碳酸锰（MnCO3）。

其工业流程如下：

（1）浸锰过程中Fe2O3与SO2反应的化学方程式为Fe2O3+SO2+2H+=2Fe2++SO42－+H2O，该反应是经历以下两步反应实现的。

写出ⅱ的离子方程式：

。

ⅰ：

Fe2O3+6H+=2Fe3++3H2O

ⅱ：

……

（2）过滤Ⅰ所得滤液中主要存在的两种金属阳离子为（填离子符号）。

（3）写出氧化过程中MnO2与SO2反应的化学方程式：

。

（4）“浸锰”反应中往往有副产物MnS2O6生成，温度对“浸锰”反应的影响如图所示，为减少MnS2O6的生成，“浸锰”的适宜温度是；向过滤Ⅱ所得的滤液中加入NH4HCO3溶液时温度不宜太高的原因是。

（5）加入NH4HCO3溶液后，生成MnCO3沉淀，同时还有气体生成，写出反应的离子方程式：

。

（6）生成的MnCO3沉淀需经充分洗涤，检验洗涤是否完全的方法是

。

答案

（1）2Fe3++SO2+2H2O=2Fe2++SO42－+4H+（2分）

（2）Mn2+Fe2+（2分）

（3）MnO2+SO2=MnSO4（2分）

（4）90℃（1分）防止NH4HCO3受热分解，提高原料利用率（1分）

（5）Mn2++2HCO3-=MnCO3↓+CO2↑+H2O（2分）

（6）取1-2mL最后一次洗液于试管，滴加盐酸酸化BaCl2溶液，若无白沉淀产生，则洗涤干净（2分）

7、资源化学复习某含锰矿物的主要成分有MnCO3、MnO2、FeCO3、SiO2、Al2O3等。

已知FeCO3、MnCO3难溶于水。

一种运用阴离子膜电解法的新技术可用于从碳酸锰矿中提取金属锰，主要物质转化关系如下：

（1）设备1中反应后，滤液1里锰元素只以Mn2+的形式存在，且滤渣1中也无MnO2。

滤渣1的主要成分是（填化学式）。

（2）设备1中发生氧化还原反应的离子方程式是。

（3）设备2中加足量双氧水的作用是。

设计实验方案检验滤液2中是否存在Fe2+：

。

（4）设备4中加入

过量氢氧化钠溶液，沉淀部分溶解,。

用化学平衡移动原理解释原因：

。

（5）设备3中用阴离子膜法提取金属锰的电解装置图如下：

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。

实际生产中，阳极以稀硫酸为电解液，阳极的电极反应式为。

②该工艺之所以采用阴离子交换膜，是为了防止Mn2+进入阳极区发生副反应生成MnO2造成资源浪费，写出该副反应的电极反应式。

【答案】27.（14分）

（1）SiO2

（2）2Fe2+＋MnO2＋4H+＝2Fe3+＋Mn2+＋2H2O或2FeCO3＋MnO2＋8H+＝2Fe3+＋Mn2+＋CO2↑＋4H2O

（3）将Fe2+完全氧化为Fe3+；取滤液2，加入铁氰化钾溶液，如果有蓝色沉淀产生，则有Fe2＋，否则没有Fe2＋。

（4）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,浓度减低，Al（OH）3不断溶解。

（5）①负极；4OH——4e—＝2H2O＋O2↑②Mn2+＋2H2O－2e-＝MnO2＋4H+

8、工业上用菱锰矿（MnCO3）［含FeCO3、SiO2、Cu2（OH）2CO3等杂质］为原料制取二氧化锰，其流程示意图如下：

已知：

生成氢氧化物沉淀的pH

Mn（OH）2

Fe（OH）2

Fe（OH）3

Cu（OH）2

开始沉淀时

8.3

6.3

2.7

4.7

完全沉淀时

9.8

8.3

3.7

6.7

注：

金属离子的起始浓度为0.1mol/L

回答下列问题：

（1）含杂质的菱锰矿使用前需将其粉碎，主要目的是。

盐酸溶解MnCO3的化学方程式是。

（2）向溶液1中加入双氧水时，反应的离子方程式是。

（3）滤液2中加入稍过量的难溶电解质MnS，以除去Cu2+，反应的离子方程式是。

（4）将MnCl2转化为MnO2的一种方法是氧化法。

其具体做法是用酸化的NaClO3溶液将MnCl2氧化，该反应的离子方程式为：

（5）将MnCl2转化为MnO2的另一种方法是电解法。

①生成MnO2的电极反应式是。

②若直接电解MnCl2溶液，生成MnO2的同时会产生少量Cl2。

检验Cl2的操作是。

③若在上述MnCl2溶液中加入一定量的Mn（NO3）2粉末，则无Cl2产生。

其原因是。

大拿

（1）增大接触面积，提高反应速率 MnCO3+2H+=Mn2++CO2↑+H2O 

（2）2Fe2+＋H2O2＋4H2O=2Fe（OH）3↓＋4H+ 

（3）MnS＋Cu2＋＝Mn2＋＋CuS

（4）5Mn2＋＋2ClO3—＋4H2O＝Cl2↑＋5MnO2＋8H＋ 

（5）①Mn2＋－2e-＋2H2O＝MnO2＋4H+ 

②将润湿的淀粉碘化钾试纸置于阳极附近，若试纸变蓝则证明有Cl2生成

③其它条件不变下，增大Mn2+浓度[或增大c（Mn2+）/ c（Cl-）]，有利于Mn2+放电（不利于Cl-放电。

）

9、下列流程图

（1）锰泥中加入H2SO4、FeSO4混合溶液，反应的离子方程式是__________。

（2）经实验证明：

MnO2稍过量时，起始H2SO4、FeSO4混合溶液中c（H＋）／

<0.7时，滤液1中能够检验出有Fe

；

≥0.7时，滤液1中不能检验出有Fe2＋。

①检验Fe2＋是否氧化完全的实验操作是__________。

②生产时H2SO4、FeSO4混合溶液中c（H＋）／c（Fe2＋）控制在0.7～1之间，不宜过大，请从节约药品的角度分析，原因是__________。

若c（H＋）／c（Fe2＋）>1，调节c（H＋）／c（Fe2＋）到0.7～1的方法是__________。

（3）写出滤液2中加入过量NH4HCO3反应的离子方程式__________。

（4）上述过程锰回收率可达95％，若处理1740kg的锰泥，可生产MnCO3__________kg（已知相对分子质量：

MnO287；MnCO3115）。

答案

（1）

（2分）

（2）①取少量滤液1，加入铁氰化钾溶液，若无蓝色沉淀生成，证明Fe2＋被氧化完全。

（2分）

②

过大，在调节pH环节会多消耗氨水（2分）向混合溶液中加适量铁粉（2分）

（3）

（2分）

（4）393.3（2分）