Question

【題目】【化學選修2 -化學與技未】

I.某含錳礦物的主要成分有MnCO3、MnO2、FeCO3、SiO2 、A12O3等。已知FeCO3、MnCO3難溶于水。一種運用陰離子膜電解法的新技術可用于從碳酸錳礦中提取金屬錳，主要物質轉化關系如下：

(1)設備Ⅰ中反應后，濾液1里錳元素只以Mn2+的形式存在，且濾渣1中也無MnO2。 濾渣1的主要成分是 (填化學式）。

(2)設備1中發(fā)生氧化還原反應的離子方程式是 。

(3)設備2中加足量雙氧水的作用是 。設計實驗方案檢驗濾液2中是否存在Fe2+: 。

(4)設備4中加入過量氫氧化鈉溶液，沉淀部分溶解，用化學平衡移動原理解釋原因： 。

（5）設備3中用陰離子膜法提取金屬錳的電解裝置如圖：

①電解裝置中箭頭表示溶液中陰離子移動的方向;則A電極是直流電源的 極。實際生產(chǎn)中，陽極以稀硫酸為電解液，陽極的電極反應式為__ ___。

②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)生副反應生成MnO2造成資源浪費，寫出該副反應的電極反應式 。

II.冰銅礦的主要成分是Cu2S、FeS,含有少許Al2O3和SiO2雜質。由冰銅礦冶煉金屬銅的流程如下:

已知各離子沉淀的范圍如下表

離子	Fe3+	Fe2 +	Cu2+
開始沉淀pH	1.9	7.0	6.7
沉淀完全pH	3.4	9.0	10.0

請回答下列問題：

（1）將冰銅礦粉碎的目的是提高浸出率，另外一種提高浸出率的措施是 。

（2）溶液1的成分是 ，若向其中通入足量的CO2可以析出的沉淀是 ，此時溶液中的溶質將變成 。

（3）沉淀1加入H2O2和稀H2SO4后，溶液中陰離子只有SO42-，金屬陽離子有Cu2+ 和F3+，則該過程的離子方程式為: 。

（4)溶液2調節(jié)的pH范圍為 。

（5）對紅褐色沉淀進行洗滌并干燥處理，可以得到純凈的Fe(OH)3，可用于制備紅色顏料Fe2O3。檢驗紅褐色沉淀是否洗凈的方法是 。

(6)用惰性電極對溶液3進行電解，電解CuSO4溶液的化學方程式為： ；當兩極共產(chǎn)生標準狀況下44.8 L氣體且陰陽兩極產(chǎn)生的氣體體積之比為1: 1時，則析出的銅的質量為 。

Answer 1

【答案】Ⅰ.（1）SiO2 ；（2）2Fe2+ ＋ MnO2＋4H+ === 2Fe3+＋Mn2+＋2H2O 或2FeCO3＋MnO2＋8H+ === 2Fe3+＋Mn2+＋CO2↑＋4H2O；（3）將Fe2+完全氧化為Fe3+； 取濾液2于試管中，加入鐵氰化鉀溶液，如果有藍色沉淀產(chǎn)生，則有Fe2＋，否則沒有Fe2＋。（4）濾渣2中存在Al(OH)3，存在電離平衡: Al3+ + 3OH-Al(OH)3AlO2- + H+ + H2O ，加入NaOH溶液，H＋被中和，濃度減低， Al(OH)3不斷溶解；（5）①負極；4OH-－4e- ===2H2O＋O2↑或者2H2O-4e-=O2↑+4H+ ；② Mn2+＋2H2O－2e- === MnO2＋4H+ ；Ⅱ.（1）升高溫度或者增大浸取劑濃度等；（2）NaAlO2、Na2SiO3、NaOH；H2SiO3、Al(OH)3；NaHCO3；（3）2H+ + Cu2S + 5H2O2 === 2Cu2+ + SO42- + 6H2O；2H+ + 2FeS + 9H2O2 === 2Fe3+ + 2SO42- + 10H2O；（4）3.4≤pH＜6.7；（5）取最后一次洗滌液于試管中，滴加BaCl2溶液，若不產(chǎn)生白色沉淀，則沉淀已經(jīng)洗凈；（6）2CuSO4 + 2H2O 2Cu+ O2↑+ 2H2SO4；64g。

【解析】

試題分析：I.設備1中加入硫酸，MnCO3、FeCO3、Al2O3都與硫酸反應反應，因為濾液中錳以＋2價存在，說明MnO2發(fā)生氧化反應，MnO2在酸性條件下Fe2＋氧化成Fe3＋，SiO2屬于酸性氧化物，不與硫酸反應，因此濾渣為SiO2；(2)根據(jù)(1)的分析，MnO2中＋4價錳具有氧化性，F(xiàn)e2＋具有還原性，兩者發(fā)生氧化還原反應，因此離子反應方程式為：2Fe2＋＋MnO2＋4H＋=2Fe3＋＋Mn2＋＋2H2O；（3）利用雙氧水的強氧化性，把Fe2＋全部氧化成Fe3＋，驗證Fe2＋的存在，用鐵氰化鉀溶液，如果有藍色沉淀產(chǎn)生，說明有Fe2＋，否則沒有Fe2＋，也可以用高錳酸鉀溶液，如果酸性高錳酸鉀溶液褪色，說明Fe2＋，否則不含F(xiàn)e2＋；(4)濾渣中含有Al(OH)3、Fe(OH)3，Al(OH)3屬于兩性化合物，AlO2－＋H＋＋H2OAl(OH)3Al3＋＋3OH－，加入NaOH溶液，OH－消耗H＋，促使平衡向逆反應方向進行，促使Al(OH)3溶解；(5)①此裝置為電解裝置，根據(jù)電解原理，陰離子向陽極移動，則A為負極，B為負極，陽極應是陰離子放電，電極反應式2H＋＋2e－=H2↑；②陽極發(fā)生氧化反應，Mn2＋－2e－＋2H2O=MnO2＋＋4H＋；II.(1)一般溫度升高，溶解度增大，可以采用升高溫度的方法，達到提高浸出，或者說適當提高浸取劑的濃度；(2)根據(jù)冰銅礦的成分，Cu2S、FeS不和氫氧化鈉反應，Al2O3屬于兩性氧化物、SiO2屬于酸性氧化物，和堿反應生成NaAlO2、Na2SiO3，所加氫氧化鈉過量，因此濾液中有NaAlO2、Na2SiO3、NaOH，碳酸的酸性強于硅酸和偏鋁酸，因此析出的沉淀為Al(OH)3、H2SiO3，因為通入的CO2足量，因此生成的溶質為NaHCO3；(3)因為過氧化氫表現(xiàn)強氧化性，因此發(fā)生的反應是：2H+ + Cu2S + 5H2O2 === 2Cu2+ + SO42- + 6H2O；2H+ + 2FeS + 9H2O2 === 2Fe3+ + 2SO42- + 10H2O；（4）根據(jù)流程調節(jié)pH，得到紅褐色沉淀，以及各離子沉淀的范圍，因此3.4≤pH<6.7；（5）取最后一次洗滌液于試管中，滴加BaCl2溶液，若不產(chǎn)生白色沉淀，則沉淀已經(jīng)洗凈；（6）根據(jù)電解的原理，電解CuSO4溶液的化學反應方程式為：2CuSO4 + 2H2O 2Cu+ O2↑+ 2H2SO4；因為兩極上都產(chǎn)生氣體，因此電解完CuSO4后，電解H2O，電解的第一階段：陰極：Cu2＋＋2e－=Cu，陽極：4OH－－4e－=2H2O＋O2↑，第二階段：陰極：2H＋＋2e－=H2↑，陽極：4OH－－4e－=2H2O＋O2↑，根據(jù)題目信息，以及得失電子數(shù)目守恒，推出n(Cu2＋)=1mol，m(Cu)=64g。