问题标题:
锰是一种银白色的脆性金属,强度不如铁,但把锰加到钢铁中,竟然能使钢铁的强度提高4~8倍,而且还提高了钢的耐磨性,所以锰钢在工农业生产及国防建设中有着广泛的用途.用阴离子
问题描述:
锰是一种银白色的脆性金属,强度不如铁,但把锰加到钢铁中,竟然能使钢铁的强度提高4~8倍,而且还提高了钢的耐磨性,所以锰钢在工农业生产及国防建设中有着广泛的用途.
用阴离子膜电解法的新技术从含有MnCO3、MnO2、FeCO3、SiO2、Al2O3等成分的锰矿石中提取金属锰,其工艺流程如图1:
已知FeCO3、MnCO3难溶于水.
(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.则滤渣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如图2:
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,其电极反应式为___.
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___.
陈玉东回答:
锰矿物的主要成分有MnCO3、MnO2、FeCO3、SiO2、Al2O3等,用硫酸溶解,SiO2不硫酸反应,MnCO3、FeCO3、Al2O3与硫酸反应得到MnSO4、FeSO4、Al2(SO4)3,而滤液1里锰元素只以Mn2+的形式存在,且滤渣1中也无MnO2,酸性条件下MnO2将Fe2+离子氧化为Fe3+离子,过滤除去二氧化硅等不溶物,滤渣1为SiO2等不溶物.滤液1中加入过氧化氢将Fe2+离子氧化为Fe3+离子,再加入氨水调节溶液pH使Fe3+、Al3+转化为Fe(OH)3、Al(OH)3沉淀,过滤分离,滤液2中含有MnSO4、NH4SO4等,滤渣2为Fe(OH)3、Al(OH)3,向滤渣2中加入氢氧化钠,氢氧化铝溶解得到NaAlO2,过滤分离.滤液2电解得到Mn,
(1)根据分析可知,滤渣1的主要成分是SiO2,
故答案为:SiO2;
(2)设备1中发生氧化还原反应:二氧化锰在酸性条件下将+2价铁氧化为铁离子,二氧化硫被还原得到Mn2+,反应离子方程式为:2Fe2++MnO2+4H+=2Fe3++Mn2++2H2O或2FeCO3+MnO2+8H+=2Fe3++Mn2++CO2↑+4H2O,
故答案为:2Fe2++MnO2+4H+=2Fe3++Mn2++2H2O或2FeCO3+MnO2+8H+=2Fe3++Mn2++CO2↑+4H2O;
(3)设备2中加足量双氧水将Fe2+离子氧化为Fe3+离子,便于调节pH时转化为沉淀除去,检验滤液2中是否存在Fe2+的方案为: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+,
故答案为: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)根据分析可知,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,导致Al(OH)3不断溶解,
故答案为: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电解装置中箭头表示溶液中阴离子移动的方向,则左室为阴极室,右室为阳极室,A为电源的负极,B为电源的阳极,阳极以稀硫酸为电解液,溶液中氢氧根离子放电生成氧气,电极反应为:4OH--4e-=2H2O+O2↑,
故答案为:负极;4OH--4e-=2H2O+O2↑;
②Mn2+进入阳极区,发生氧化反应生成MnO2,需要有水参与反应,根据电荷守恒可知有氢离子生成,该副反应的电极反应式:Mn2++2H2O-2e-=MnO2+4H+,
故答案为:Mn2++2H2O-2e-=MnO2+4H+.
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