Question

1．MnCO₃是信息產業和機電工業的重要基礎功能材料，某地有含錳礦石（主要成分是MnO₂還含CaO、Al₂O₃、FeS等雜質），由此礦石生產MnCO₃的工藝流程如下：

物質	開始沉淀	沉淀完全
Fe（OH）3	2.7	3.7
Ca（OH）2	12	------
Al（OH）3	3.8	4.7

回答下列問題：
（1）操作Ⅰ為：過濾．
（2）取溶液Ⅰ加入KSCN溶液，溶液呈血紅色，試寫出酸溶過程中FeS發生反應的離子方程式：FeS+12H⁺+3MnO₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Fe³⁺+2S↓+3Mn²⁺+6H₂O
（3）調節溶液pH所用物質X最好為C
A．NaOH溶液    B．氨水   C．MnCO₃固體    D．鹽酸
（4）濾渣Ⅰ為Al（OH）₃、Fe（OH）₃，濾渣Ⅱ為CaF₂．
（5）沉錳的化學方程式為：MnSO₄+2NaHCO₃=MnCO₃↓+Na₂SO₄+H₂O+CO₂↑．
（6）MnCO₃也是制造鋰離子電池的重要原料，在此電池的正極，充放電過程中發生LiMn₂O₄與Li_1-xMn₂O₄之間的轉化，寫出該電池充電時正極發生的反應式：LiMn₂O₄-xe^-=Li_1-xMn₂O₄+xLi⁺．

Answer 1

分析 錳礦石的主要成分是MnO₂還含CaO、Al₂O₃、FeS等雜質，加入稀硫酸高溫酸溶，二氧化錳將氯化亞鐵氧化成硫單質、鐵離子，同時氧化鈣和氧化鋁與稀硫酸反應，通過操作Ⅰ過濾得到S沉淀和含有錳離子、鐵離子、鈣離子和鋁離子的濾液Ⅰ；通過調節濾液Ⅰ的pH，將鋁離子、鐵離子轉化成Al（OH）₃、Fe（OH）₃，過濾后分離出Al（OH）₃、Fe（OH）₃，濾液Ⅱ中含有鈣離子和錳離子，加入NaF后將鈣離子轉化成CaF₂沉淀，過濾后得到濾渣Ⅱ（CaF₂沉淀）和濾液Ⅲ（主要含有硫酸錳），再加入碳酸氫鈉，發生反應：MnSO₄+2NaHCO₃=MnCO₃↓+Na₂SO₄+H₂O+CO₂↑，從而獲得MnCO₃，
（1）操作Ⅰ得到的是S單質的沉淀，據此判斷分離方法；
（2）溶液Ⅰ加入KSCN溶液呈現紅色，說明有鐵離子存在，據此寫出在酸溶過程中FeS發生反應的離子方程式；
（3）除雜時由于不能引進雜質，則調節溶液的pH所用的物質最好為MnCO₃； 
（4）根據表中數據分析可得到當pH=6的時候，鐵離子和鋁離子會完全沉淀，據此可知濾渣成分；濾液中還會含有鈣離子，加入NaF后轉化成CaF₂沉淀；
（5）沉錳是利用碳酸氫鈉與硫酸錳反應生成碳酸錳沉淀，據此寫出反應的化學方程式；
（6）MnCO₃也是制造鋰離子電池的重要原料，在此電池充電過程中正極發生LiMn₂O₄失去電子寫生成Li_1-xMn₂O₄，據此寫出該電池充電時正極發生的反應式．

解答 解：錳礦石的主要成分是MnO₂還含CaO、Al₂O₃、FeS等雜質，加入稀硫酸高溫酸溶，二氧化錳將氯化亞鐵氧化成硫單質、鐵離子，同時氧化鈣和氧化鋁與稀硫酸反應，通過操作Ⅰ過濾得到S沉淀和含有錳離子、鐵離子、鈣離子和鋁離子的濾液Ⅰ；通過調節濾液Ⅰ的pH，將鋁離子、鐵離子轉化成Al（OH）₃、Fe（OH）₃，過濾后分離出Al（OH）₃、Fe（OH）₃，濾液Ⅱ中含有鈣離子和錳離子，加入NaF后將鈣離子轉化成CaF₂沉淀，過濾后得到濾渣Ⅱ（CaF₂沉淀）和濾液Ⅲ（主要含有硫酸錳），再加入碳酸氫鈉，發生反應：MnSO₄+2NaHCO₃=MnCO₃↓+Na₂SO₄+H₂O+CO₂↑，從而獲得MnCO₃，
（1）操作Ⅰ得到的是S單質的沉淀，該物質分離的方法為過濾，
故答案為：過濾；
（2）取溶液Ⅰ加入KSCN溶液，溶液呈現紅色，說明有鐵離子存在，所以在酸溶過程中FeS發生反應的離子方程式：FeS+12H⁺+3MnO₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Fe³⁺+2S↓+3Mn²⁺+6H₂O，
故答案為：FeS+12H⁺+3MnO₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Fe³⁺+2S↓+3Mn²⁺+6H₂O；
（3）由于不能引進雜質，則調節溶液的pH所用的物質X最好為MnCO₃固體，故C正確，
故答案為：C； 
（4）根據表中數據分析可得到當pH=6的時候，鐵離子和鋁離子會完全沉淀，因此濾渣為Al（OH）₃、Fe（OH）₃；
濾液中還會含有鈣離子，則加入NaF后轉化成CaF₂沉淀，
故答案為：Al（OH）₃、Fe（OH）₃；CaF₂；
（5）濾液Ⅲ中含有硫酸錳，硫酸錳與碳酸氫鈉溶液反應生成碳酸錳沉淀、硫酸鈉、二氧化碳和水，反應的化學方程式為：MnSO₄+2NaHCO₃=MnCO₃↓+Na₂SO₄+H₂O+CO₂↑，
故答案為：MnSO₄+2NaHCO₃=MnCO₃↓+Na₂SO₄+H₂O+CO₂↑；
（6）MnCO₃也是制造鋰離子電池的重要原料，在此電池充電過程中正極發生LiMn₂O₄失去電子的氧化反應，該電池充電時正極發生的反應式為：LiMn₂O₄-xe^-=Li_1-xMn₂O₄+xLi⁺，
故答案為：LiMn₂O₄-xe^-=Li_1-xMn₂O₄+xLi⁺．

點評 本題考查了制備方案的設計，題目難度中等，根據制備流程明確實驗目的、制備原理為解答關鍵，注意掌握化學實驗基本操作方法，試題有利于提高學生的分析、理解能力及化學實驗能力．