新高考化学一轮复习考点巩固练习18 金属及其化合物制备流程（Mn）（解析版）

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锰:元素符号Mn，原子序数25，原子量54.94，外围电子排布3d54s2，位于第四周期ⅦB族。主要化合价+2、+4、+6、+7。
一、物理性质：
银白色金属，硬而脆，密度7.20克/厘米3，熔点1244±3℃，沸点1962℃。固态时有四种同素异形体，常温下为α锰。
二、化学性质：
在空气中易氧化生成褐色氧化物覆盖层。燃烧时生成四氧化三锰。红热时与水反应生成四氧化三锰和氢。溶于稀盐酸、稀硫酸生成二价锰盐。高温时跟卤素、硫、磷、碳、氮直接化合。用于制合金，少量锰能改善钢的抗冲击性能，锰铁用作炼钢过程的脱氧、脱硫添加剂。
三、用途：
还用于冶炼铝合金、镁合金。1774年瑞典人甘恩用木炭跟软锰矿共热得到锰。主要矿物有软锰矿MnO2·xH2O、黑锰矿Mn3O4，最近发现大洋底部有大量锰结核矿。在地壳中丰度
为0.1％。用铝还原软锰矿制得。
四、锰的提炼工艺
金属锰的提炼方式主要有热法(火法)和电解法(湿法)两种。热法生产的金属锰纯度不超过95～98％，并且耗能高，污染严重，已经逐渐被淘汰了，而电解法生产的金属锰纯度可达99.7～99.9％以上，污染也相对较小，现在已成为了金属锰生产的主要方式。
【专题精练】
1．(2021届永州市高三三模)以软锰矿(主要成分是MnO2，含有SiO2、Fe2O3等少量杂质)为主要原料合成新型的环保催化剂(OMS—2)的工艺流程如图：
(1)“浸锰”反应中往往有副产物MnS2O6生成，温度对“浸锰”反应的影响如图所示。为减少MnS2O6的生成，“浸锰”的适宜温度是___；调pH后再过滤主要除去___元素。
(2)Mn12O19中氧元素化合价均为-2价，锰元素的化合价有两种，则Mn(Ⅲ)、Mn(Ⅳ)物质的量之比为___。生产过程中KMnO4、MnSO4•H2O按物质的量比1：5与K2S2O8反应，产物中硫元素全部以SO的形式存在，该反应的离子方程式为___。
(3)滤液X可进一步分离出多种化合物，其一为盐类，该盐在农业生产中可用作__。
(4)OMS—2是一种纳米级的分子筛。分别用OMS—2和MnOx对甲醛进行催化氧化，在相同时间内甲醛转化率和温度的关系如图：
由图可知，OMS—2与MnOx相比，催化效率较高是__，原因是__。
(5)甲醛(HCHO)在OMS—2催化氧化作用下生成CO2和H2O，现利用OMS—2对某密闭空间的甲醛进行催化氧化实验。实验开始时，该空间内甲醛含量为1.22mg/L，CO2含量为0.590mg/L，一段时间后测得CO2含量升高至1.47mg/L，该实验中甲醛的转化率为__(保留三位有效数字)。
EMBED Equatin.DSMT4 EMBED Equatin.DSMT4 EMBED Equatin.DSMT4 EMBED Equatin.DSMT4 EMBED Equatin.DSMT4 EMBED Equatin.DSMT4 EMBED Equatin.DSMT4 EMBED Equatin.DSMT4 EMBED Equatin.DSMT4 2．(2021届江苏省高三调研)工业上常利用软锰矿浆(主要成分是MnO2，还含有硅、铁和少量重金属镍的化合物等杂质)制备MnSO4溶液，并以MnSO4溶液为原料制取单质锰和四氧化三锰。
(1)MnSO4溶液的制备：
①还原：以稀硫酸作介质，纤维素[(C6H10O5)n]还原MnO2时，发生反应的化学方程式为______。
②除杂：除去硅、铁等杂质后，通常用BaS来除去溶液中的镍，pH对除镍效果的影响如图所示。当pH＜4.2，pH越小除镍效果越差的原因是_____。
(2)电解法制锰：
为保证电解顺利进行，电解液中Mn2+必须保持一定的浓度。Mn2+浓度和电流效率(电流效率是指电解时在电极上实际沉积或溶解的物质的量与按理论计算出的析出或溶解量之比)的关系如图所示。由图可知当Mn2+浓度大于22g·L-1时，电流效率随Mn2+浓度增大反而下降，其原因是_____。
(3)制取Mn3O4：
利用MnSO4溶液，用空气氧化法制备Mn3O4。在MnSO4溶液中滴入一定浓度的氨水，加压通氧气反应7小时制备Mn3O4。
①写出上述反应的离子方程式：_____。
②Mn3O4的含量与反应温度的关系如图所示。随着反应温度的升高，产物中Mn3O4的含量的上升趋势呈现先快后慢的原因是_____。
EMBED Equatin.DSMT4 EMBED Equatin.DSMT4 EMBED Equatin.DSMT4 3．(2021届毕节市高三4月第二次诊断)某化工厂利用软锰矿(主要成分为MnO2，另含有少量Fe2O3、CaO、CuO、SiO2等杂质)脱除燃煤尾气中的SO2，同时制得电池材料MnO2.工艺流程如下：
(1)滤渣1的成分是___________(填化学式)，提高软锰矿酸浸速率的措施有___________(任答一条)。
(2)写出脱硫过程中二氧化锰转化为硫酸锰的化学反应方程式___________。
(3)加入碳酸锰的作用___________。
(4)写出高锰酸钾与硫酸锰发生反应的离子方程式___________。
(5)实验室检验钾离子的操作方法是_____
(6)已知25℃时Ksp[Fe(OH)3]=4.0×10-38，欲使铁离子沉淀完全，应调节溶液pH不低于___________。(设=a，结果用含a的代数式表示)。
EMBED Equatin.DSMT4 EMBED Equatin.DSMT4 EMBED Equatin.DSMT4 EMBED Equatin.DSMT4 EMBED Equatin.DSMT4 EMBED Equatin.DSMT4 EMBED Equatin.DSMT4 EMBED Equatin.DSMT4 EMBED Equatin.DSMT4 4．(2021届北京市海淀区高三一模)是一种重要的化工产品。以菱锰矿(主要成分为，还含有、FeO、CO等)为原料制备的工艺流程如下图。
资料：金属离子沉淀的pH
(1)酸浸后所得溶液的金属阳离子包括、、___________。
(2)沉淀池1中，先加充分反应后再加氨水。写出加时发生反应的离子方程式：___________。
(3)沉淀池2中，不能用NaOH代替含硫沉淀剂，原因是___________。
(4)如图为和的溶解度曲线。从“含的溶液”中提取“晶体”的操作为___________，洗涤干燥。
(5)受实际条件限制，“酸浸池”所得的废渣中还含有锰元素，其含量测定方法如下。
i.称取a g废渣，加酸将锰元素全部溶出成，过滤，将滤液定容于100mL容量瓶中；
ii.取25.00 mL溶液于锥形瓶中，加入少量催化剂和过量溶液，加热、充分反应后，煮沸溶液使过量的分解。
iii.加入指示剂，用b ml/L 溶液滴定。滴定至终点时消耗溶液的体积为c mL，重新变成。
①补全步骤ⅱ中反应的离子方程式：______
2++___________+___________+___________
②废渣中锰元素的质量分数为___________。
(6)废渣长期露置于空气；其中的锰元素逐渐转化为。研究者用如图装置提取中的锰元素。图中“H·”代表氢自由基。实验测得电解时间相同时，随外加电流的增大，溶液中的先增大后减小，减小的原因可能是___________(写出两条)。
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溶液中金属离子开始沉淀和完全沉淀的pH如下表所示：
回答下列问题：
(1)浸出槽中发生多个反应：如主要成分与稀硫酸的反应、MnO2与Fe2+间的氧化还原反应等。这两个反应的离子方程式分别为___________、___________。
(2)加入氨水的目的是为除去杂质，根据流程图及表中数据，pH应调控在___________范围内。常温下，Ksp[Fe(OH)3]=4.0×10-38，当pH=4时，溶液中c(Fe3+)=___________。
(3)加入硫化铵是为除去剩余的Ni2+，由此可判断相同温度下溶解度：NiS_______Ni(OH)2(填“大于”或“小于”)。
(4)电解硫酸锰溶液的化学方程式为___________。
(5)工业上也可以用MnO2和Al粉作为原料，用铝热反应来制取金属锰，反应的化学方程式为_____。
(6)将分离出电解锰后的稀硫酸收集、循环使用，其意义是________。
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化学式MnO2，式量86.94。钢灰色块状固体或黑色粉末。天然产的称软锰矿。密度5.026克/厘米3。不溶于水。溶于浓盐酸生成MnCl2和Cl2。在浓硫酸中放出氧气并生成硫酸锰。与氯酸钾、氢氧化钾共熔生成锰酸钾。在酸性介质中呈强氧化性。用作催化剂，氧化剂，制干电池，还用于炼钢、制玻璃、陶瓷、热敏电阻。将硝酸亚锰加热到200℃制得。也可从天然软锰矿制取。
【硫酸锰】化学式MnSO4·4H2O，式量223.08。微红色细小晶体。密度2.107克/厘米3。在干燥空气中风化。280℃失去结晶水成白色无水物。溶于水。用于制锰肥、电解锰、油漆催干剂。由二氧化锰跟硫酸反应制得。
金属离子
开始沉淀
1.5
6.3
7.4
7.6
完全沉淀
2.8
8.3
9.4
10.2
金属离子
Ni2+
Mn2+
Fe3+
Fe2+
开始沉淀时(c=0.01ml‧L-1)的pH
7.2
8.3
2.2
7.5
沉淀完全时(c=1.0×10-5ml‧L-1)的pH
8.7
9.8
3.2
9.0