Question

錳是冶煉工業中常用的添加劑．以碳酸錳礦（主要成分為MnCO₃，還含有鐵、鎳、鈷等碳酸鹽雜質）為原料生產金屬錳的工藝流程如圖：

已知25℃，部分物質的溶度積常數如下：

物質	Mn（OH）2	Co（OH）2	Ni（OH）2	MnS	CoS	NiS
Ksp	2.1×10-13	3.0×10-16	5.0×10-16	1.0×10-11	5.0×10-22	1.0×10-22

（1）步驟Ⅰ中，MnCO₃與硫酸反應的化學方程式是

 

．
（2）步驟Ⅱ中，MnO₂在酸性條件下可將Fe²⁺離子氧化為Fe³⁺，反應的離子方程式是

 

，加氨水調節溶液的pH為5.0-6.0，以除去Fe³⁺．
（3）步驟Ⅲ中，濾渣2的主要成分是

 

．
（4）步驟Ⅳ中，在

 

（填“陰”或“陽”）極析出Mn，電極反應方程式為

 

．
（5）電解后的廢水中還含有Mn²⁺，常用石灰乳進行一級沉降得到Mn（OH）₂沉淀，過濾后再向濾液中加入適量Na₂S，進行二級沉降．進行二級沉降的目的是

 

．

Answer 1

考點：物質分離和提純的方法和基本操作綜合應用

專題：實驗設計題

分析：（1）加稀硫酸時樣品中的MnCO₃和硫酸反應生成可溶性的MnSO₄，并產生二氧化碳和水；
（2）據得失電子守恒有MnO₂+2Fe²⁺--Mn²⁺+2Fe³⁺，再據電荷守恒有MnO₂+2Fe²⁺+4H⁺--Mn²⁺+2Fe³⁺，最后據原子守恒得MnO₂+2Fe²⁺+4H⁺=Mn²⁺+2Fe³⁺+2H₂O；
（3）由于在第一次過濾之后的濾液中含有Mn²⁺、Ni²⁺、Co²⁺，向其中加入（NH₄）₂S，根據各物質的溶度積常數可確定有CoS和NiS沉淀（濾渣2）生成；
（4）由于第二次過濾后的濾液中主要含有NiSO₄，電解該溶液時Ni²⁺在陰極上被還原：Mn²⁺+2e^-=Mn；
（5）由于將一級沉降得到Mn（OH）₂沉淀過濾之后的濾液中還含有Mn²⁺，以進一步去除廢水中的Mn²⁺，向該濾液中加入適量Na₂S，進行二級沉降得到MnS，據溶解積常數確定其溶解度比Mn（OH）₂小；

解答： 解：（1）加稀硫酸時樣品中的MnCO₃和硫酸反應生成可溶性的MnSO₄，并產生二氧化碳和水，步驟Ⅰ中，MnCO₃與硫酸反應的化學方程式為：MnCO₃+H₂SO₄=MnSO₄+CO₂↑+H₂O；
故答案為：MnCO₃+H₂SO₄=MnSO₄+CO₂↑+H₂O；
（2）步驟Ⅱ中，MnO₂在酸性條件下可將Fe²⁺離子氧化為Fe³⁺，反應的離子方程式是據得失電子守恒有MnO₂+2Fe²⁺-Mn²⁺+2Fe³⁺，再據電荷守恒有MnO₂+2Fe²⁺+4H⁺-Mn²⁺+2Fe³⁺，最后據原子守恒得，MnO₂+2Fe²⁺+4H⁺=Mn²⁺+2Fe³⁺+2H₂O；
故答案為：MnO₂+2Fe²⁺+4H⁺=Mn²⁺+2Fe³⁺+2H₂O；
（3）由于在第一次過濾之后的濾液中含有Mn²⁺、Ni²⁺、Co²⁺，向其中加入（NH₄）₂S，根據各物質的溶度積常數可確定有CoS和NiS沉淀（濾渣2）生成；
故答案為：CoS和NiS；
（4）由于第二次過濾后的濾液中主要含有NiSO₄，電解該溶液時Ni²⁺在陰極上被還原：Mn²⁺+2e^-=Mn；
故答案為：陰，Mn²⁺+2e^-=Mn；
（5）由于將一級沉降得到Mn（OH）₂沉淀過濾之后的濾液中還含有Mn²⁺，以進一步去除廢水中的Mn²⁺，向該濾液中加入適量Na₂S，據溶解積常數確定其溶解度比Mn（OH）₂小，進行二級沉降得到MnS，以進一步去除廢水中的Mn²⁺；
故答案為：沉降得到MnS，以進一步去除廢水中的Mn²⁺；

點評：本題考查了物質分離的流程分析，無性質，分離提純物質的實驗設計和本質分析應用，掌握基礎是關鍵，題目難度中等．