1、元素化合物綜合題之錳和鋅及其化合物、錳及其化合物1、錳副族的基本性質(zhì)WB族包括車孟、锝和銖三個(gè)元素。其中只有錳及其化合物有很大實(shí)用價(jià)值。同其它副族元素性質(zhì)的遞 變規(guī)律一樣，從Mn到Re高氧化態(tài)趨向穩(wěn)定。低氧化態(tài)則相反，以Mn2+為最穩(wěn)定。2、錳及其化合物孟錳是活潑金屬，在空氣中表面生成一層氧化物保護(hù)膜。錳在水中，因表面生成氫氧化錳沉淀而阻止反 應(yīng)繼續(xù)進(jìn)行。車孟和強(qiáng)酸反應(yīng)生成Mn(I I)鹽和氫氣。但和冷濃H2SO4反應(yīng)很慢(鈍化)。車孟(I I)的化合物在酸性介質(zhì)中Mn2+很穩(wěn)定。但在堿性介質(zhì)中Mn(II)極易氧化成Mn(IV)化合物。Mn(OH)2為白色難溶物，Ksp = 4.0 x10-1

2、4，極易被空氣氧化，甚至溶于水中的少量氧氣也能將其氧化 成褐色 MnO(OH)2 沉淀。2Mn(OH)2 + O2 = 2 MnO(OH)2；Mn2+在酸性介質(zhì)中只有遇強(qiáng)氧化劑(NHS,Oq、NaBiO、PbO、HIO時(shí)才被氧化。 422832562Mn2+ + 5S2O 2 - + 8H2O = 2MnO - + 10SO ： - + 16H+2Mn2+ + 5NaBiO3 + 14H+ = 2MnO - +5Bi3+ + 5Na+ + 7H2O車孟(IV)的化合物最重要的Mn(IV)化合物是MnO2，二氧化錳在中性介質(zhì)中很穩(wěn)定，在堿性介質(zhì)中傾向于轉(zhuǎn)化成車孟(W) 酸鹽；在酸性介質(zhì)中是一個(gè)強(qiáng)

3、氧化劑，傾向于轉(zhuǎn)化成Mn2+。2MnO + 2H SO (濃)=2MnSO + O+ 2H OMnO + 4HCl(濃)=MnCl + Cl+ 2H O22 44222222簡(jiǎn)單的Mn(IV)鹽在水溶液中極不穩(wěn)定，或水解生成水合二氧化車孟MnO(OH)2,或在濃強(qiáng)酸中的和水反 應(yīng)生成氧氣和Mn(II)。車孟(VI)的化合物最重要的Mn(VI)化合物是孟酸鉀K2MnO4。在熔融堿中MnO2被空氣氧化生成K2MnO4。2MnO2 + O2 + 4KOH = 2K2MnO4 (深綠色)+ 2H2O在酸性、中性及弱堿性介質(zhì)中，K2MnO4發(fā)生歧化反應(yīng)：3K2MnO4 + 2H2O = 2KMnO4 +

4、 MnO2 + 4KOH 車孟酸鉀是制備高車孟酸鉀(KMnO4)的中間體。2MnO：- + 2H2O電解2MnO- + 2OH-+ H2?車孟(VII)的化合物KMnO4是深紫色晶體，是強(qiáng)氧化劑。和還原劑反應(yīng)所得產(chǎn)物因溶液酸度不同而異。例如和SO；-反應(yīng)：酸性2MnO - + 5 SO： - + 6H+ = 2Mn2+ + 5SO ： - + 3H2O近中性2MnO - + 3 SO2 - + H2O = 2MnO2 + 3 SO： - + 2OH-堿性：2MnO - + SO2 - + 2OH-= 2MnO 2- + SO ； + H2OMnO -在堿性介質(zhì)中不穩(wěn)定：4 MnO - + 4O

5、H-= 4 MnO 2- + O2 + 2H2OKMnO4晶體和冷濃H2SO4作用，生成綠褐色油狀Mn2O7，它遇有機(jī)物即燃燒，受熱爆炸分解：2KMnO + H SO (濃)=Mn O + K SO + H O 2Mn O = 3O + 4MnOo4242 72422 722例1 (2015課標(biāo)II) (14分)酸性鋅車孟干電池是一種一次電池，外殼為金屬鋅，中間是碳棒，其周圍是碳 粉，MnO2, ZnCl2和NH4C1等組成的糊狀填充物，該電池在放電過(guò)程產(chǎn)生MnOOH，回收處理該廢電池可 得到多種化工原料，有關(guān)數(shù)據(jù)下表所示：溶解度/(g/100g水)f f溫度/C化合物-f-ff0204060

6、80100NH4C129.337.245.855.365.677.3ZnCl 2343395452488541614化合物Zn(OH)2Fe(OH)2Fe(OH)3Ksp近似值10-1710-1710-39回答下列問(wèn)題： 該電池的正極反應(yīng)式為，電池反應(yīng)的離子方程式為維持電流強(qiáng)度為0.5A，電池工作五分鐘，理論上消耗Zng。(已經(jīng)F=96500C/mol)廢電池糊狀填充物加水處理后，過(guò)濾，濾液中主要有ZnCl2和NH4C1,二者可通過(guò)分離回收；濾渣的主要成分是MnO2、和，欲從中得到較純的MnO2,最簡(jiǎn)便的方法 ， 其原理是。用廢電池的鋅皮制備ZnSO47H2O的過(guò)程中，需去除少量雜質(zhì)鐵，其方法

7、是：加稀硫酸和H2O2溶解，鐵變?yōu)?，加堿調(diào)節(jié)至pH為時(shí)，鐵剛好完全沉淀(離子濃度小于1x10-5mo1/L時(shí)，即可認(rèn)為該離子 沉淀完全)；繼續(xù)加堿調(diào)節(jié)至pH為 時(shí)，鋅開始沉淀(假定Zn2+濃度為0.1mo1/L)。若上述過(guò)程不加H2O2后果是，原因是。例2. (2014四川)(16分)污染物的有效去除和資源的充分利用是化學(xué)造福人類的重要研究課題。某化學(xué)研究小組利用軟錳礦(主要成分為MnO2，另含有少量的鐵、鋁、銅、鎳等金屬化合物)作脫硫劑， 通過(guò)如下簡(jiǎn)化流程既脫除燃煤尾氣中的SO2,又制得電池材料MnO2 (反應(yīng)條件已略去)。請(qǐng)回答下列問(wèn)題： 上述流程脫硫?qū)崿F(xiàn)了 (選填下列字母編號(hào))。A.廢棄

8、物的綜合利用B.白色污染的減少 C.酸雨的減少用MnCO3能除去溶液中A13+和Fe3+，其原因是 已知：25C、101kpa時(shí)，Mn(s)+O2(g)=MnO2(s) AH=-520kJ/mo1S(s)+O2(g)=SO2(g) AH=-297kJ/mo1Mn(s) + S(s)+2O2(g)=MnSO4(s) AH=-1065kJ/mo1SO2與MnO2反應(yīng)生成無(wú)水MnSO4的熱化學(xué)方程式是。MnO2可作超級(jí)電容器材料。用惰性電極電解MnSO4溶液可制得MnO2，其陽(yáng)極的電極反應(yīng)式是 MnO2是堿性鋅錳電池的正極材料。堿性鋅錳電池放電時(shí)，正極的電極反應(yīng)式 。假設(shè)脫除的SO2只與軟錳礦漿中的

9、MnO2反應(yīng)。按照?qǐng)D示流程，將a m3 (標(biāo)準(zhǔn)狀況)含SO2的體積分?jǐn)?shù)為b%的尾氣通入礦漿，若SO2的脫除率為89.6%，最終得到MnO2的質(zhì)量為c kg，則除去鐵、鋁、銅、 鎳等雜質(zhì)時(shí)，所引入的錳元素相當(dāng)于MnO2 kg。例3. (2016課標(biāo)I)高錳酸鉀(KMnO4)是一種常用氧化劑，主要用于化工、防腐及制藥工業(yè)等。以軟錳礦(主要成分為MnO2)原料生產(chǎn)高錳酸鉀的工藝路線如下:回答下列問(wèn)題:原料軟錳礦與氫氧化鉀按1 : 1的比例在“烘炒鍋”中混配，混配前應(yīng)將軟錳礦粉碎，其作用是 “平爐”中發(fā)生的化學(xué)方程式為。 “平爐”中需要加壓，其目的是。將K2MnO4轉(zhuǎn)化為KMnO4的生產(chǎn)有兩種工藝?！?/p>

10、CO2歧化法”是傳統(tǒng)工藝，即在K2MnO4溶液中通入CO2氣體，使體系呈中性或弱酸性，K2MnO4發(fā)生 歧化反應(yīng)，反應(yīng)中生成K2MnO4、MnO2和 (寫化學(xué)式)?！半娊夥ā睘楝F(xiàn)代工藝，即電解K2MnO4水溶液，電解槽中陽(yáng)極發(fā)生的電極反應(yīng)為，陰極逸出的氣體?！半娊夥ā焙汀癈O2歧化法”中，K2MnO4的理論利用率之比為。高錳酸鉀純度的測(cè)定：稱取1.0800 g樣品，溶解后定容于100 mL容量瓶中，搖勻。取濃度為0.2000 molLT的H2C2O4標(biāo)準(zhǔn)溶液20.00 mL,加入稀硫酸酸化，用KMnO4溶液平行滴定三次，平均消耗的體積 為24.48 mL，該樣品的純度為 (列出計(jì)算式即可，已知

11、2MnO-+5H C O+6H+=2Mn2+10CO +8H O)。42 2 422例4.將廢舊鋅錳電池處理得到含錳混合物，既能減少它對(duì)環(huán)境的污染，又能實(shí)現(xiàn)廢電池的資源化利用。I .回收二氯化錳：將廢舊鋅錳電池處理，得到含錳混合物，向該混合物加入濃鹽酸并加熱。 寫出MnO (OH)與濃鹽酸反應(yīng)的化學(xué)方程式：。II.錳回收新方法：向含錳混合物加入一定量的稀硫酸、稀草酸，并不斷攪拌至無(wú)氣泡為止，其主要反應(yīng)為：2MnOH + MnQ+ 2H2C2O4+ 3H2SO4= 3MnSQ+ 4凹 + 6任 與使用濃鹽酸回收錳相比，新方法的優(yōu)點(diǎn)是 (答1點(diǎn)即可)。 欲以MnSO4溶液為原料制備MnCO3,選用

12、的加料方 (填字母)，原因是。已知：Ksp (MnCO3) =2.3x10-11、KJMn (OH) 2=2.1x10-13將MnSO4溶液與Na2CO3溶液同時(shí)加入到反應(yīng)容器中將MnSO4溶液緩慢加入到盛有Na2CO3溶液的反應(yīng)容器中將Na2CO3溶液緩慢加入到盛有MnSO4溶液的反應(yīng)容器中以上三種方式都無(wú)法得到MnCO3.m.現(xiàn)以含錳混合物為原料制備錳鋅鐵氧體的主要流程如圖i所示：混合捌 (MnOj、MnCXJH . 加及少量的hg過(guò)濾*(H+.沌.Zn2+活性鐵粉吹出I鉉鋅鐵氧體 (MrbiZtii-Ed)1()0請(qǐng)回答下列問(wèn)題： MnxZni_xFe2O4中鐵元素化合價(jià)為+3，則錳元素

13、的化合價(jià)為。 活性鐵粉除汞時(shí)，鐵粉的作用是 (填“氧化劑”或“還原劑”)。 酸浸時(shí)，MnO2與H2SO4、H2O2反應(yīng)的離子方程式為。除汞是以氮?dú)鉃檩d氣吹入濾液中，帶出汞蒸氣經(jīng)KMnO4溶液進(jìn)行吸收而實(shí)現(xiàn)的。在恒溫下不同pH 時(shí)，KMnO4溶液對(duì)Hg的單位時(shí)間去除率及主要產(chǎn)物如圖2所示：寫出pH=10時(shí)KMnO4溶液吸收汞蒸氣的離子方程 。在強(qiáng)酸性環(huán)境中汞的單位時(shí)間去除率高，其原因除氫離子濃度增大使KMnO4溶液的氧化性增強(qiáng)外，還可能是。二、鋅及其化合物1 .鋅單質(zhì)鋅在含有CO2的潮濕空氣中很快變暗，生成一層堿式碳酸鋅，它是一層較緊密的保護(hù)膜：4Zn + 2O2 + 3H2O + CO2 =

14、ZnCO3-3Zn(OH)2鋅在加熱條件下，可以與絕大多數(shù)非金屬反應(yīng)，在1273 K時(shí)鋅在空氣中燃燒生成氧化鋅。A鋅粉與硫磺共熱可形成硫化鋅：Zn+S= ZnS (可用作白色顏料，與BaSO4混合稱為鋅鋇白)。鋅既可以與非氧化性的酸反應(yīng)又可以與氧化性的酸反應(yīng)，鋅與鋁相似，都是兩性金屬，能溶于強(qiáng)堿溶液中：Zn + 2NaOH + 2HO = NaJZn(OH)+ H鋅和鋁又有區(qū)別，鋅溶于氨水形成氨配離子，而鋁不溶于氨水形成配離子：Zn + 4NH3 + 2H2O =Zn(NH3)42+ + H2T+ 2OH-鋅的化合物Zn2+無(wú)色，故一般化合物也無(wú)色。如ZnS (白色、難溶)ZnI2 (無(wú)色、易

15、溶)。Zn2+溶液中加適量堿，發(fā)生如下反應(yīng)：Zn2+ 2OH- = Zn (OH)2l(白色)，Zn (OH)2為兩性，既可溶于酸又可溶于堿。受熱脫水變?yōu)閆nO。鋅的存在和冶煉自然界中存在閃鋅礦ZnS、菱鋅礦ZnCO3、紅鋅礦ZnO等。高溫冶煉閃鋅礦：2ZnS+3O2 =2ZnO+2SO2f ZnO+ CO=Zn+CO2高溫冶煉菱鋅礦：ZnCO3+2C= Zn+3COf例1. (2014海南)(14分)鋅是一種應(yīng)用廣泛的金屬，目前工業(yè)上主要采用，濕法”工藝冶煉鋅。某含鋅礦的 主要成分為ZnS (還含少量FeS等其他成分)，以其為原料冶煉鋅的工藝流程如圖所示：回答下列問(wèn)題： (1)硫化鋅精礦的焙

16、燒在氧氣氣氛的沸騰爐中進(jìn)行，所產(chǎn)生焙砂的主要成分的化學(xué)式焙燒過(guò)程中產(chǎn)生的含塵煙氣可凈化制酸，該酸可用于后續(xù)的操作. 浸出液“凈化”過(guò)程中加入的主要物質(zhì)為，其作用是。 電解沉積過(guò)程中的陰極采用鋁板，陽(yáng)極采用Pb-Ag合金惰性電極，陽(yáng)極逸出的氣體是。改進(jìn)的鋅冶煉工藝，采用了“氧壓酸浸”的全濕法流程，既省略了易導(dǎo)致空氣污染的焙燒過(guò)程，又可獲得一種有工業(yè)價(jià)值的非金屬單質(zhì)?！把鯄核峤敝邪l(fā)生的主要反應(yīng)的離子方程式為我國(guó)古代曾采用“火法”工藝冶煉鋅。明代宋應(yīng)星著的天工開物中有關(guān)于“升煉倭鉛”的記載：“爐 甘石十斤，裝載入一泥罐內(nèi)，然后逐層用煤炭餅墊盛，其底鋪薪，發(fā)火煅紅，.，冷淀，毀 罐取出，.，即倭鉛也

17、。”該煉鋅工藝過(guò)程主要反應(yīng)的化學(xué)方程式為。(注：爐甘石的主要成分為碳酸鋅，倭鉛是指金屬鋅) 例2. (2013II卷27)氧化鋅為白色粉末，可用于濕疹、癬等皮膚病的治療.純化工業(yè)級(jí)氧化鋅(含有Fe(II)、Mn (II)、Ni (II)等雜質(zhì))的流程如圖所示：工業(yè)跖。警浸出液適量冒黑參癖四濾喑壁就譬坐濾餅譬時(shí)提示：在本實(shí)驗(yàn)條件下，Ni (II)不能被氧化；高錳酸鉀的還原產(chǎn)物是MnO2?；卮鹣铝袉?wèn)題： 反應(yīng)中除掉的雜質(zhì)離子 ，發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為;在加高錳酸鉀溶液前，若pH較低，對(duì)除雜的影響 。 反應(yīng)的反應(yīng)類型為，過(guò)濾得到的濾渣中，除了過(guò)量的鋅外還有。反應(yīng)形成的沉淀要用水洗，檢查沉淀是否洗滌干

18、凈的方法(4)反應(yīng)中產(chǎn)物的成分可能是ZnCO3xZn (OH) 2.取干燥后的濾餅11.2g，鍛燒后可得到產(chǎn)品8.1g， 則x等于。例3.硫化鋅(ZnS)是一種重要的化工原料，難溶于水，可由煉鋅的廢渣鋅灰制期其工藝流程如下圖所/示O 為提高鋅灰的浸取率，可采用的方法是 (填序號(hào))。研磨多次浸取升高溫度加壓攪拌 步驟I所得濾渣中的物質(zhì)是 (寫化學(xué)式)。 步驟m中可得Cd單質(zhì)，為避免引入新的雜質(zhì)，試劑b應(yīng)為 o步驟W還可以回收Na2SO4來(lái)制取Na2So檢驗(yàn)ZnS固體是否洗滌干凈的方法是;Na2S可由等物質(zhì)的量的Na2SO4和CH4在高溫、催化劑條件下制取?；瘜W(xué)反應(yīng)方式 已知NaSO -10HG及Na SO的溶解度隨溫度變化曲線如圖。從濾液中得到Na SO -10HG的操作方法 是.(5)若步驟11加入的ZnCO3為b mol,步驟III所得Cd為d mol,最后得到VL、物質(zhì)的量濃度為c mol/L 的Na2SG4溶液。則理論上所用鋅灰中含有鋅元素的質(zhì)量為。例4. 2Zn(GH)2-ZnCO3是制備活性ZnG的中間體，以鋅焙砂(主要成分為ZnG,含少量Cu2+、Mn2+等離 子)為原料制備2Zn(GH)2-ZnCO3的工藝流程如下：請(qǐng)回答下列