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1、元素化合物综合题之锰和锌及其化合物、锰及其化合物1、锰副族的基本性质WB族包括车孟、锝和铢三个元素。其中只有锰及其化合物有很大实用价值。同其它副族元素性质的递 变规律一样，从Mn到Re高氧化态趋向稳定。低氧化态则相反，以Mn2+为最稳定。2、锰及其化合物(1) 孟锰是活泼金属，在空气中表面生成一层氧化物保护膜。锰在水中，因表面生成氢氧化锰沉淀而阻止反 应继续进行。车孟和强酸反应生成Mn(I I)盐和氢气。但和冷浓H2SO4反应很慢(钝化)。(2) 车孟(I I)的化合物在酸性介质中Mn2+很稳定。但在碱性介质中Mn(II)极易氧化成Mn(IV)化合物。Mn(OH)2为白色难溶物，Ksp = 4
2、.0x10-14，极易被空气氧化，甚至溶于水中的少量氧气也能将其氧化 成褐色 MnO(OH)2 沉淀。2Mn(OH)2 + O2 = 2 MnO(OH)2；Mn2+在酸性介质中只有遇强氧化剂(NHS,Oq、NaBiO、PbO、HIO时才被氧化。 422832562Mn2+ + 5S2O 2 - + 8H2O = 2MnO - + 10SO ： - + 16H+2Mn2+ + 5NaBiO3 + 14H+ = 2MnO - +5Bi3+ + 5Na+ + 7H2O(3) 车孟(IV)的化合物最重要的Mn(IV)化合物是MnO2，二氧化锰在中性介质中很稳定，在碱性介质中倾向于转化成车孟(W) 酸盐
3、；在酸性介质中是一个强氧化剂，倾向于转化成Mn2+。2MnO + 2H SO (浓)=2MnSO + O+ 2H OMnO + 4HCl(浓)=MnCl + Cl+ 2H O22 44222222简单的Mn(IV)盐在水溶液中极不稳定，或水解生成水合二氧化车孟MnO(OH)2,或在浓强酸中的和水反 应生成氧气和Mn(II)。(4) 车孟(VI)的化合物最重要的Mn(VI)化合物是孟酸钾K2MnO4。在熔融碱中MnO2被空气氧化生成K2MnO4。2MnO2 + O2 + 4KOH = 2K2MnO4 (深绿色)+ 2H2O在酸性、中性及弱碱性介质中，K2MnO4发生歧化反应：3K2MnO4 +
4、2H2O = 2KMnO4 + MnO2 + 4KOH 车孟酸钾是制备高车孟酸钾(KMnO4)的中间体。2MnO：- + 2H2O电解2MnO- + 2OH-+ H2?(5) 车孟(VII)的化合物KMnO4是深紫色晶体，是强氧化剂。和还原剂反应所得产物因溶液酸度不同而异。例如和SO；-反应：酸性2MnO - + 5 SO： - + 6H+ = 2Mn2+ + 5SO ： - + 3H2O近中性2MnO - + 3 SO2 - + H2O = 2MnO2 + 3 SO： - + 2OH-碱性：2MnO - + SO2 - + 2OH-= 2MnO 2- + SO ； + H2OMnO -在碱性
5、介质中不稳定：4 MnO - + 4OH-= 4 MnO 2- + O2 + 2H2OKMnO4晶体和冷浓H2SO4作用，生成绿褐色油状Mn2O7，它遇有机物即燃烧，受热爆炸分解：2KMnO + H SO (浓)=Mn O + K SO + H O 2Mn O = 3O + 4MnOo4242 72422 722例1 (2015课标II) (14分)酸性锌车孟干电池是一种一次电池，外壳为金属锌，中间是碳棒，其周围是碳 粉，MnO2, ZnCl2和NH4C1等组成的糊状填充物，该电池在放电过程产生MnOOH，回收处理该废电池可 得到多种化工原料，有关数据下表所示：溶解度/(g/100g水)f f
6、温度/C化合物-f-ff020406080100NH4C129.337.245.855.365.677.3ZnCl 2343395452488541614化合物Zn(OH)2Fe(OH)2Fe(OH)3Ksp近似值10-1710-1710-39回答下列问题：(1) 该电池的正极反应式为，电池反应的离子方程式为(2) 维持电流强度为0.5A，电池工作五分钟，理论上消耗Zng。(已经F=96500C/mol)(3) 废电池糊状填充物加水处理后，过滤，滤液中主要有ZnCl2和NH4C1,二者可通过分离回收；滤渣的主要成分是MnO2、和，欲从中得到较纯的MnO2,最简便的方法 ， 其原理是。(4) 用
7、废电池的锌皮制备ZnSO47H2O的过程中，需去除少量杂质铁，其方法是：加稀硫酸和H2O2溶解，铁变为，加碱调节至pH为时，铁刚好完全沉淀(离子浓度小于1x10-5mo1/L时，即可认为该离子 沉淀完全)；继续加碱调节至pH为 时，锌开始沉淀(假定Zn2+浓度为0.1mo1/L)。若上述过程不加H2O2后果是，原因是。例2. (2014四川)(16分)污染物的有效去除和资源的充分利用是化学造福人类的重要研究课题。某化学研究小组利用软锰矿(主要成分为MnO2，另含有少量的铁、铝、铜、镍等金属化合物)作脱硫剂， 通过如下简化流程既脱除燃煤尾气中的SO2,又制得电池材料MnO2 (反应条件已略去)。
8、请回答下列问题：(1) 上述流程脱硫实现了 (选填下列字母编号)。A.废弃物的综合利用B.白色污染的减少 C.酸雨的减少(2) 用MnCO3能除去溶液中A13+和Fe3+，其原因是(3) 已知：25C、101kpa时，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与MnO2反应生成无水MnSO4的热化学方程式是。(4) MnO2可作超级电容器材料。用惰性电极电解MnSO4溶液可制得MnO2，其阳极的电极反应式是(5) Mn
9、O2是碱性锌锰电池的正极材料。碱性锌锰电池放电时，正极的电极反应式 。(6) 假设脱除的SO2只与软锰矿浆中的MnO2反应。按照图示流程，将a m3 (标准状况)含SO2的体积分数为b%的尾气通入矿浆，若SO2的脱除率为89.6%，最终得到MnO2的质量为c kg，则除去铁、铝、铜、 镍等杂质时，所引入的锰元素相当于MnO2 kg。例3. (2016课标I)高锰酸钾(KMnO4)是一种常用氧化剂，主要用于化工、防腐及制药工业等。以软锰矿(主要成分为MnO2)原料生产高锰酸钾的工艺路线如下:回答下列问题:(1) 原料软锰矿与氢氧化钾按1 : 1的比例在“烘炒锅”中混配，混配前应将软锰矿粉碎，其作
10、用是 (2) “平炉”中发生的化学方程式为。(3) “平炉”中需要加压，其目的是。(4) 将K2MnO4转化为KMnO4的生产有两种工艺。 “CO2歧化法”是传统工艺，即在K2MnO4溶液中通入CO2气体，使体系呈中性或弱酸性，K2MnO4发生 歧化反应，反应中生成K2MnO4、MnO2和 (写化学式)。 “电解法”为现代工艺，即电解K2MnO4水溶液，电解槽中阳极发生的电极反应为，阴极逸出的气体。“电解法”和“CO2歧化法”中，K2MnO4的理论利用率之比为。(5) 高锰酸钾纯度的测定：称取1.0800 g样品，溶解后定容于100 mL容量瓶中，摇匀。取浓度为0.2000 molLT的H2C
11、2O4标准溶液20.00 mL,加入稀硫酸酸化，用KMnO4溶液平行滴定三次，平均消耗的体积 为24.48 mL，该样品的纯度为 (列出计算式即可，已知2MnO-+5H C O+6H+=2Mn2+10CO +8H O)。42 2 422例4.将废旧锌锰电池处理得到含锰混合物，既能减少它对环境的污染，又能实现废电池的资源化利用。I .回收二氯化锰：将废旧锌锰电池处理，得到含锰混合物，向该混合物加入浓盐酸并加热。(1) 写出MnO (OH)与浓盐酸反应的化学方程式：。II.锰回收新方法：向含锰混合物加入一定量的稀硫酸、稀草酸，并不断搅拌至无气泡为止，其主要反应为：2MnOH + MnQ+ 2H2C
12、2O4+ 3H2SO4= 3MnSQ+ 4凹 + 6任(2) 与使用浓盐酸回收锰相比，新方法的优点是 (答1点即可)。(3) 欲以MnSO4溶液为原料制备MnCO3,选用的加料方 (填字母)，原因是。已知：Ksp (MnCO3) =2.3x10-11、KJMn (OH) 2=2.1x10-13a, 将MnSO4溶液与Na2CO3溶液同时加入到反应容器中b, 将MnSO4溶液缓慢加入到盛有Na2CO3溶液的反应容器中c, 将Na2CO3溶液缓慢加入到盛有MnSO4溶液的反应容器中d, 以上三种方式都无法得到MnCO3.m.现以含锰混合物为原料制备锰锌铁氧体的主要流程如图i所示：混合捌 (MnOj
13、、MnCXJH . 加及少量的hg过滤*(H+.沌.Zn2+活性铁粉吹出I铉锌铁氧体 (MrbiZtii-Ed)1()0请回答下列问题：(4) MnxZni_xFe2O4中铁元素化合价为+3，则锰元素的化合价为。(5) 活性铁粉除汞时，铁粉的作用是 (填“氧化剂”或“还原剂”)。(6) 酸浸时，MnO2与H2SO4、H2O2反应的离子方程式为。(7) 除汞是以氮气为载气吹入滤液中，带出汞蒸气经KMnO4溶液进行吸收而实现的。在恒温下不同pH 时，KMnO4溶液对Hg的单位时间去除率及主要产物如图2所示： 写出pH=10时KMnO4溶液吸收汞蒸气的离子方程 。 在强酸性环境中汞的单位时间去除率高
14、，其原因除氢离子浓度增大使KMnO4溶液的氧化性增强外，还可能是。二、锌及其化合物1 .锌单质(1) 锌在含有CO2的潮湿空气中很快变暗，生成一层碱式碳酸锌，它是一层较紧密的保护膜：4Zn + 2O2 + 3H2O + CO2 = ZnCO3-3Zn(OH)2锌在加热条件下，可以与绝大多数非金属反应，在1273 K时锌在空气中燃烧生成氧化锌。A(2) 锌粉与硫磺共热可形成硫化锌：Zn+S= ZnS (可用作白色颜料，与BaSO4混合称为锌钡白)。(3) 锌既可以与非氧化性的酸反应又可以与氧化性的酸反应，锌与铝相似，都是两性金属，能溶于强碱溶液中：Zn + 2NaOH + 2HO = NaJZn
15、(OH)+ H锌和铝又有区别，锌溶于氨水形成氨配离子，而铝不溶于氨水形成配离子：Zn + 4NH3 + 2H2O =Zn(NH3)42+ + H2T+ 2OH-2. 锌的化合物Zn2+无色，故一般化合物也无色。如ZnS (白色、难溶)ZnI2 (无色、易溶)。Zn2+溶液中加适量碱，发生如下反应：Zn2+ 2OH- = Zn (OH)2l(白色)，Zn (OH)2为两性，既可溶于酸又可溶于碱。受热脱水变为ZnO。3. 锌的存在和冶炼(1) 自然界中存在闪锌矿ZnS、菱锌矿ZnCO3、红锌矿ZnO等。高温(2) 冶炼闪锌矿：2ZnS+3O2 =2ZnO+2SO2f ZnO+ CO=Zn+CO2高温冶炼菱锌矿：ZnCO3+2C= Zn+3COf例1. (2014海南)(14分)锌是一种应用广泛的金属，目前工业上主要采用，湿法”工艺冶炼锌。某含锌矿的 主要成分为ZnS (还含少量FeS等其他成分)，以其为原料冶
