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3.Mn3O4应用广泛,常用于制作软磁体、石墨烯电极及锂离子电池电极等材料.以碳酸锰矿(主要成分为MnCO3,还含有铁(+2价)、镍(+2价)、钴(+2价)等碳酸盐杂质)为原料生产Mn3O4的工艺流程如下(如图1):
请回答下列问题:
(1)MnS、CoS、NiS三种难溶物中,溶解度最大的是MnS.
(2)步骤Ⅱ中,加入MnO2主要目的是在酸性条件下将Fe2+离子氧化为Fe3+.
(3)步骤Ⅳ中不加入氨水也可得到碳酸锰,不加入氨水时反应的化学方程式是MnSO4+2NH4HCO3═MnCO3↓+(NH4)2SO4+CO2↑+H2O.
(4)25℃、c(Mn2+)=1.05mol/L时,MnCO3的产率与溶液pH、反应时间的关系如图2所示.根据图中信息得出的结论是pH等于7.0时反应速率最快,且MnCO3的产率最高(或pH越大得到的MnCO3的产率越高,所需要的时间越短,且在pH=7时,有更好的效果);
(5)焙烧高纯度的MnCO3(s)可得Mn3O4(s).
已知:25℃、101kpa时,
3Mn(s)+2O2(g)=Mn3O4(s)△H=-1380kJ/mol
C(s)+O2(g)=CO2(g)△H=-394kJ/mol
2Mn(s)+2C(s)+3O2(g)=2MnCO3(s)△H=-1790kJ/mol
则MnCO3(s)生成Mn3O4(s)的热化学方程式是6MnCO3(s)+O2(g)=2Mn3O4(s)+6CO2(g)△H=+246kJ/mol.
(6)Mn3O4可制备锂离子电池正极材料LiMn2O4.某锂离子电池的电池反应是:
Li1+y-xMn2O4+LixC6=Li1+y Mn2O4+C6,负极的电极反应式是LixC6-xe-=C6+xLi+,正极的电极反应式是Li1+y-xMn2O4+xLi++xe-=Li1+yMn2O4.
(6)现用100t质量分数为34.5%的碳酸锰矿经过上述流程,若步骤Ⅰ中浸出率为90%,步骤Ⅱ中加入MnO2引入的锰元素相当于2610kg MnO2,步骤Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ中锰元素的总利用率为90%,可得到Mn3O420610kg.(提示:MnCO3、MnO2、Mn3O4)的摩尔质量分别为115、87、229g/mol)

分析 向碳酸锰矿(主要成分为MnCO3,还含有铁(+2价)、镍(+2价)、钴(+2价)等碳酸盐杂质)中加入硫酸,这些碳酸盐和稀硫酸反应生成硫酸盐,向溶液中加入二氧化锰、氨水并调节溶液的pH,可以将亚铁离子氧化为铁离子,调节pH可以将氢氧化铁沉淀下来,向滤液A中加入硫化铵,可以将镍离子、钴离子形成硫化物沉淀下来,过滤后得到硫酸锰溶液,向滤液中加入碳酸氢铵、氨水,得到碳酸锰沉淀和滤液B,煅烧碳酸锰固体得到Mn3O4,
(1)根据III到IV的反应确定MnS、CoS、NiS三种难溶物中溶解度最大的物质;
(2)MnO2具有氧化性,能氧化还原性的铁离子;
(3)步骤Ⅳ中不加入氨水也可得到碳酸锰,不加入氨水时碳酸氢铵和硫酸锰反应生成碳酸锰沉淀;
(4)根据时间、溶液的pH与碳酸锰产率关系分析解答;
(5)根据盖斯定律计算反应热;
(6)电池反应式减去负极反应式即得正极反应式;
(7)根据Mn元素守恒计算Mn3O4的质量.

解答 解:向碳酸锰矿(主要成分为MnCO3,还含有铁(+2价)、镍(+2价)、钴(+2价)等碳酸盐杂质)中加入硫酸,这些碳酸盐和稀硫酸反应生成硫酸盐,向溶液中加入二氧化锰、氨水并调节溶液的pH,可以将亚铁离子氧化为铁离子,调节pH可以将氢氧化铁沉淀下来,向滤液A中加入硫化铵,可以将镍离子、钴离子形成硫化物沉淀下来,过滤后得到硫酸锰溶液,向滤液中加入碳酸氢铵、氨水,得到碳酸锰沉淀和滤液B,煅烧碳酸锰固体得到Mn3O4,
(1)根据III到IV的反应确定MnS、CoS、NiS三种难溶物中溶解度最大的物质是MnS,故答案为:MnS;
(2)MnO2具有氧化性,能氧化还原性的铁离子,调节溶液的pH从而将铁元素除去,故答案为:在酸性条件下将Fe2+离子氧化为Fe3+;
(3)步骤Ⅳ中不加入氨水也可得到碳酸锰,不加入氨水时碳酸氢铵和硫酸锰反应生成碳酸锰沉淀,反应方程式为MnSO4+2NH4HCO3═MnCO3↓+( NH4)2SO4+CO2↑+H2O,故答案为:MnSO4+2NH4HCO3═MnCO3↓+( NH4)2SO4+CO2↑+H2O;
(4)根据图知pH等于7.0时反应速率最快,且MnCO3的产率最高(或pH越大得到的MnCO3的产率越高,所需要的时间越短,且在pH=7时,有更好的效果),
故答案为:pH等于7.0时反应速率最快,且MnCO3的产率最高(或pH越大得到的MnCO3的产率越高,所需要的时间越短,且在pH=7时,有更好的效果);
(5)①3Mn(s)+2O2(g)=Mn3O4(s)△H=-1380kJ/mol
②C(s)+O2(g)=CO2(g)△H=-394kJ/mol
③2Mn(s)+2C(s)+3O2(g)=2MnCO3(s)△H=-1790kJ/mol
将方程式2①+6②-3③6MnCO3(s)+O2(g)=2Mn3O4(s)+6CO2(g)△H=2(-1380kJ/mol
)+6(-394kJ/mol)-3(-1790kJ/mol)=+246kJ/mol,
故答案为:6MnCO3(s)+O2(g)=2Mn3O4(s)+6CO2(g)△H=+246kJ/mol;
(6)电池反应式减去负极反应式即得正极反应式为Li1+y-xMn2O4+xLi++xe-=Li1+y Mn2O4,故答案为:Li1+y-xMn2O4+xLi++xe-=Li1+y Mn2O4;
(7)设Mn3O4的质量为xkg,根据Mn元素守恒得(1×10000kg×34.5%×$\frac{55}{115}$×90%+2610kg×$\frac{55}{87}$)×90%=xkg×$\frac{165}{229}$,x=20610,
故答案为:20610.

点评 本题考查物质分离和提纯,为高频考点,涉及氧化还原反应、基本操作、盖斯定律、原电池原理、质量分数有关计算等知识点,综合性较强,明确基本化学原理及基本操作、基本计算是解本题关键,熟悉流程图中基本操作方法及发生的反应,题目难度中等.

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科目:高中化学 来源: 题型:解答题

13.某化学小组为了证明SO2和Cl2的漂白性,设计了如图所示的实验装置:

(1)实验室制备Cl2依据的原理是:MnO2+4HCl(浓)$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$MnCl2+2H2O+Cl2↑,应选用上图A~E装置中的E(填序号)制Cl2.
(2)反应开始后,发现B、D两个试管中的品红溶液都褪色,停止通气后,给B、D两个试管中的液体加热,B试管中的现象是溶液由无色变为红色.
(3)装置C的作用是吸收多余的SO2和Cl2.
(4)若装置B、D中的品红溶液均换成紫色石蕊溶液,则B试管中的现象是溶液变红.
(5)SO2与Cl2以体积比1:1混合后通入水中,是否还有漂白性否(填“是”或“否”),原  因是(用化学方程式表示):SO2+Cl2+2H2O=H2SO4+2HCl,如何用实验证明SO2与Cl2是否恰好完全反应取SO2和Cl2反应后的试液少许于试管中,滴入几滴品红溶液,若品红不褪色则二者完全反应,若品红不退的则二者未完全反应.

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14.下列说法正确的是(  )
A.水的电离是一个吸热过程,温度升高,水的离子积KW也增大
B.当pH减少2个单位时,溶液中c(H+)增大20倍
C.pH=2.0的酸溶液,稀释10倍时,pH为3
D.溶液稀释时,c(H+)减少,pH增大

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11.将0.1mol的镁、铝混合物溶于100mL2mol/LH2SO4溶液中,然后再滴加1mol/LNaOH溶液.若在滴加NaOH溶液的过程中,沉淀质量m随加入NaOH溶液的体积V变化如图所示.当V2=460mL时,则原混合物中镁铝的质量比是(  )
A.1:1B.2:3C.16:27D.8:9

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18.a、b、c、d是四种原子序数依次增大的短周期元素.a原子的电子层数为n,核内质子数是2n2-1,最外层电子数为2n+l;b、d同主族,能形成两种中学常见的化合物;c与b组成的化合物是一种两性氧化物,工业上通过电解该化合物可冶炼c单质;e原子有四个能层,其未成对电子数在同周期是最多的.回答下列问题:
(l)a在周期表中的位置第二周期VA族;e的基态原子价电子排布式为3d54s1.
(2)b、c、d原子的第一电离能由大到小的顺序是O>S>Al(用元素符号回答).
(3)a和b形成的离子W呈平面正三角形,其中心原子的杂化类型为sp2杂化;a、b、d气态氢化物最稳定的是H2O(写化学式).
(4)元素c与Fe构成合金的晶胞如图,该合金的化学式为AlFe2.
(5)将b、d组成的极性分子通入含少量W离子的BaCl2水溶液中,有NO气体生成.发生反应的离子方程式为3SO2+2NO3-+3Ba2-+2H2O=3BaSO4↓+2NO↑+4H+..

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8.下列有关实验操作、现象和解释或结论都正确的是(  )
选项实验操作与现象解释或结论
A过量的铁粉中加入稀硝酸中,充分反应后,滴入KSCN溶液,溶液呈红色稀硝酸将Fe氧化为Fe3+
BAgI固体中滴入KCl溶液,沉淀由黄色变为白色AgI比AgCl难溶
C铝箔插入稀硝酸中,无现象铝箔表面被硝酸氧化,形成致密的氧化膜
D苯酚溶液中滴加溴水,出现白色沉淀苯酚易发生取代反应
A.AB.BC.CD.D

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15.NA表示阿伏伽德罗常数的值,则下列说法正确的是(  )
A.7.2gC5H12含有共价键数为1.6NA
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C.标准状况下,224mL己烷充分燃烧后生成的CO2的分子数为0.06NA
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