2018年高考考前纠错之金属元素及其化合物：六、锰和锌

1.锰及其化合物1、锰副族的基本性质口B族包括锰、锝和铼三个元素。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)锰锰是活泼金属，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。锰和强酸反应生成Mn(II)盐和氢气。但和冷浓H2s04反应很慢(钝化)。(2)锰(II)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=4.0口10口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+02=2MnO(OH)2DMn2+在酸性介质中只有遇强氧化剂(NH4)2S2°8、NaBiO3、Pb02、H5I06时才被氧化。TOC\o"1-5"\h\z2Mn2++5SO2-+8HO=2MnO-+10SO2-+16H+282442Mn2++5NaBiO+14H+=2MnO一+5Bi3++5Na++7HO342(3叫(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锰(口)酸盐；在酸性介质中是一个强氧化剂，倾向于转化成Mn2+。2MnO2+2H2sO4(浓)=2MnSO4+O2D+2H2OMnO2+4HCl(浓)=MnCl2+ClJ+2H2O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锰MnO(OH)2,或在浓强酸中的和水反应生成氧气和Mn(II)。(4)锰(VI)的化合物最重要的Mn(VI)化合物是锰酸钾K2MnO4。在熔融口中MnO2被空气氧化生成K2MnO4D2MnO2+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+2H2O=2KMnO4+

MnO2+4KOH锰酸钾是制备高锰酸钾(KMnO)的中间体。2MnO2-+2HO电解2MnO-+2OH口4424+H2DKMnO4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SO2-反应：酸性2MnO-+5SO2-+6H+=2Mn2++5SO2-+3HO4342近中性碱性：2MnO-+3SO2-+H2O=2MnO2+3SO2-+2OH口近中性碱性：2MnO4-+SO32-+2OH－=2MnO42-+SO24-+H2OMnO4-在碱性介质中不稳定：4MnO4-+4OH－=4MnO24-+O2+2H2O炸分解：KMnO4晶体和冷浓H2炸分解：KMnO4晶体和冷浓H2sO4作用™油状Mn207，™燃烧，受热爆2KMnO4+H2SO*）=Mn2O7+K2SO4+H2O2Mn2O7=3O2+4MnO2例1(2015口标口口(14分)酸性锌锰干电池是一种一次电池，外壳为金属锌，中间是碳口，MnOOH，其周围是碳粉，MnO2,ZnCl2和NH4C1MnOOH，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）化合物、温度/℃020406080100NH4C129.337.245.855.365.677.3ZnC12343395452488541614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Zn—g。(已经印96500C/mol)(3)废电池糊口填充物加水处理后，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,最简便的方法是,00001

ZnSO4ZnSO4•7H2O的过程中，需去除少量杂质铁，其方法是：加稀硫酸pH为—口，铁刚好完全沉淀（离子浓度小于；继续加碱调节至pH为时，锌开始沉淀（假定H2OpH为—口，铁刚好完全沉淀（离子浓度小于；继续加碱调节至pH为时，锌开始沉淀（假定H2O2后果是，原因是口Zn口2MnO2D2H口口Zn2口口2MnOOH(2)0.05g10-5mol/L时，即可认为该离子沉淀完全）Zn2口浓度为0.1mol/L）。若上述过程不加【答案】口1）MnOJe—口^口MnOOH；（3）加热浓缩、冷却结晶；碳粉、MnOOH；在空气中加热;碳粉转变为CO2,MnOOH氧化为MnO2（4）Fe3口；2.7；6；Zn2口和Fe2口分离不开；Fe（OH）2和Zn（OH）2的Ksp相近【解析】W酸性锌镉干电池是一种一次电池，外壳为金属锌，锌是活泼的金属，锌是负极，电解质显酸性,则负极电极反应式为的一%—=ZnX°中间是碳棒，碳棒是正极，其中二氧化镉得到电子转化为MhOOH,则正极电极反应式为MhO2+e-+H+=MnOOH,所以总反应式为Zn+2Miig+2H+=ZiF+2MjiOOHQ（2）维持电流强度为65A,电池工作五分钟，则通过的电量是。.5X300=150,因此通过电子的物质的量是但_=1554xl（）Tmol,锌在反应中失去2个电子，则理论消耗Zn的质量是965000.001554molx65g/mol=0.05g©（3）废电池糊状填充物加水处理后，过滤，滤液中主要有氯化锌和氯化铵。根据表中数据可知氯化锌的溶解度受温度影响较大，因此两者可以通过结晶分离回收，即通过蒸发浓缩、冷却结口实现分离。二氧化锰、铁粉、MnOOH均难溶于水，因此滤渣的主要成分是二氧化锰、碳粉、MnOOH。由于碳燃烧生成CO2,MnOOH能被氧化转化为二氧化锰，所以欲从中得到较纯的二氧化锰，最简便的方法是在空气中灼烧。（4）双氧水具有强氧化性，能把铁氧化为铁离子，因此加入稀硫酸和双氧水，溶解后铁变为硫酸铁。根据氢氧化铁的溶度积常数可知，当铁离子完全沉淀时溶液中铁离子浓度为10—5mol/L，10—39口溶液中氢氧根的浓度口3口5x10—12mol/L，所以氢离子浓度是2口10—3moi/L,pH口10—52.7,因此加碱调节pH为2.7时铁刚好完全沉淀。Zn2口浓度为0.1mol/L,根据氢氧化锌的溶度10-17口常数可知开始沉淀时的氢氧口浓度为口0i口10—8mol/L,氢离子浓度是10—6mol/L,pH口6,即继续加碱调节pH为6时锌开始沉淀。如果不加双氧水，则铁与稀硫酸反应生成硫酸亚铁，由于氢氧化亚铁和氢氧化锌的溶度积常数接近，因此在沉淀锌离子的同时亚铁离子也沉淀，导致生成的氢氧化锌不纯,无法分离开Zn2＋和Fe2＋。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,另含有少量头铁、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）请回答下列问题：请回答下列问题：（1（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BA□废弃物的综合利用B□白色污染的减少C1酸雨的减少（2）用MnCO3能除去溶液中A3口和Fe30，其原因是(3)已知：25口、101kpa时，Mn(s)D02(g)口MnO2(s)△HDD520kJ/molS(s)口02(g)DS02(g)△HDD297kJ/molMn(s)＋S(s)＋2O2(g)DMnSO4(s)△HDD1065kJ/molSO与MnO反应生成无水MnSO与MnO反应生成无水MnSO4的热化学方程式是口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量为【答案】5板吗是碱性锌锰电池的正极材料。6）假设脱除的亚的体积分数为碱性锌锰电池放电时，正极的电极反应式是过只与软锰矿浆中的b%的尾气通入口浆，口ckg,则除去铁、铝、铜、镍等杂质时，所引入的锰元素相当于（1）A量为【答案】5板吗是碱性锌锰电池的正极材料。6）假设脱除的亚的体积分数为碱性锌锰电池放电时，正极的电极反应式是过只与软锰矿浆中的b%的尾气通入口浆，口ckg,则除去铁、铝、铜、镍等杂质时，所引入的锰元素相当于（1）A、C（2）消耗溶液中的酸，促进MnO2反应。按™将亚的脱除率为am31标准状况）89.6%，最终得到MnO2Al3口和Fe3口水解生成氢氧化物沉淀MnO2的质kg。3）MnO2(s)＋SO2(g)=MnSO4(s)△H=-248kJ/mol3）4）Mn2＋＋2HOD2eDDMnO＋4H＋(5)MnO2＋H2O＋eDDMnO(OH)＋OHD6）1500cD87ab2500【解析】（1）白色污染主要是塑料等难降解的物质形成的，过能形成酸雨，因此脱硫实现了AC。AC。Al3口和Fe3口水解生成氢氧化废弃物的综合利用，同时也减少了酸雨形成，即答案选（2）由于碳酸锰能消耗溶液中的酸，降低溶液的酸性，从而促进物沉淀。（3）已知：热化学方程式①Mn(s)＋O2(g)DMnO2(s)△HDD520kJ/mol，②S(s)＋O2(g)DSO2(g)△HDD297kJ/mol,③Mn(s)口S(s)口2O2(g)DMnSO4(s)△HDD1065kJ/mol,则根据盖斯定律可知③口(口口③)即得到SO2与MnO2反应生成无水MnSO4的热化学方程式MnO2(s)口SO2(g)=MnSO4(s)△H=-248kJ/mol。(4)电解池中阳极失去电子发生氧化反应，则用惰性电极电解MnSO4溶液可制得MnO2,因此阳极是锰离子放电，其阳极电极反应式是Mn2＋＋2H2OD2eDDMnO2＋4H＋。(5)原电池中负极失去电子，发生氧化反应，正极得到电子，发生还原反应，因此碱性锌锰电池放电时，正极是二氧化锰得到电子，则电极反应式是MnO2＋H2O＋eDDMnO(OH)＋OHD。1000a口b%口89.6%「_(6)实际参加反应的SO2的物质的量是224D0.4abmol,根据方程式MnO2(s)口SO2(g)=MnSO4(s)可知生成硫酸镁的物质的量是口SO2(g)=MnSO4(s)可知生成硫酸镁的物质的量是1000c387口5据方程式3MnSO4＋2KMnO4＋2H2O=5MnO2＋K2SO4＋2H2SO1000c387口5量是1000c口3mol,则除去铁、铝、铜、镍等杂质时，所引入的锰元素的物质的量是875molD0.4abmol,相当于二氧化锰的质量是(molD0.4abmol,相当于二氧化锰的质量是(1000c87口5molD0.4abmol)口87g/molD口600cD34.8ab)gD1500cD87ab2500kg例例3m2016］标皿高锰酸钾(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MnOJ™™路线如下:KMna玄三■+恒星］」回答下列问题：(1)原料软锰矿与氢氧化钾按1：(1)原料软锰矿与氢氧化钾按作用是(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K2M吗转化为KMnO4的生™口①“CO歧化法”是传统工艺，即在2K2M吗溶液中通入①“CO歧化法”是传统工艺，即在2K2MnJ、MnO2和口写化学式)②“电解法”为现代工艺，即电解K2MnO4水溶液，电™™为阴极逸出的气体是。③“电解法”和“CO歧化法”中，KMnO的理论利用率之比为224(5)高锰酸钾纯度的测定：称取1.0800g样品，溶解后定容于100mL容量瓶中，摇匀。取浓度为0.2000mol•L1的H2C2O4标准溶液20.00mL,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24.48mL,该样品的纯度为（列出计算式即可，已知2MnO4+5H2C2O4+6H+=2Mn2++10CO2+8为0）。【答案】（1）增大反应物接触面积,加快反应速率,提高原料利用率；A（2）2Mn%+4K0H+O2=2K2M的4+叫0；（3）提高氧气的压强,加快反应速率,增加软锰矿转化率；（4）①。吗②乂门。/e=MnO4-H2；③3:2；210020.00X10-3X0.2000XXx158（5）524.48x100%。1.0800【解析】3）是固体物质，对于有固体参加的化学反应，由于其浓度不变，因此可通过增大其反应接触表面积的方法来提高反应速率，使更多的软镉矿反应转化为生成物，从而提高其转化率，因此要将其粉碎成细小的颗粒s（2）根据流程图可知，在“平炉x中Mn。、KOH.6在加热时会反应产生后MiiO打根据质量守恒定律可知，另外一种生成物质是Ha6根据原子守恒、电子守恒可得发生的化学方程式为aMiig+OyHKOH*2K力后CL|+2Hgj（3）由于上述反应中氧气的状态是气态，在“平炉”中增大压强，就可以使反应物氧气的浓度增大，根据外界条件对化学反应速率的矍响，增大反应物的浓度，可以使化学反应速率加快5再结合外界条件对化学平衡移动的影响，任何反应都具有一定的可逆性，该反应的正反应是气体体积减小的反应。若增大压强，可以使化学平衡向气体体积减小的正反应方向移动，故可以提高原料的转化率；（4）①在K2MnO4溶液中通入CO2气体，使体系呈中性或弱酸性，这时K2MnO4会发生歧化反应，生成KMnO4、MnO2，根据质量守恒定律可知，另外一种生成物是KHCO3；根据氧化还原反应中的电子守恒及反应的原子守恒，可得该反应的化学方程式是：3K2MnO4+4CO2+2H2O=2KMnO4+MnO2+4KHCO3；②“电解法”为现代工艺，即电解K2MnO4水溶液，在电解槽阳极，MnO42失去电子，发生氧化反应，产生MnO4。阳极的电极反应式是：MnO42e=MnO4-在阴极，溶液中的水电离产生的H+获得电子变为氢气逸出，阴极的电极反应式是：2H2O+2e=H2+2OH。所以阴极逸出的气体是H2；总反应方程式是：通电2K2MnO4+2H2O_2KMnO4+H2+2KOH；③根据“电解法”方程式2K2MnO4+通电2H2O_2KMnO4+H2+2KOH可知，K2MnO4完全转化为KMnO4，所以JMnO4的理论利用率是100%；而在“CO2歧化法”3K2MnO4+4CO2+2H2O=2KMnO4+MnO2+4KHCO3；中，反应的K2MnO4中只有羽反应转化为KMnO4，所以K2MnO4的理论利用率是2/3,故“电解法”和“CO2歧化法”制取KMnO4时K2MnO4的理论利用率之比为1:羽=3:2；（5）根据离子方程式2MnOj+5H2c2。4+6H+=2Mn2++10CO2+8H2O可知，KMnO4与草酸反应的关系式是：2KMnO4〜5H2c2。4。取浓度为0.2000mol-L1的H2C2O4标准溶液20.00mL,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24.48mL平均消耗的体积为24.48mL,则配制的溶液的浓度为：TOC\o"1-5"\h\z2x20.00x10-3Lx0.2000mol/L2x20.00x0.200051.0800g样品中含KMnO4c==mol/L1.0800g样品中含KMnO45x24.48x10-3L5x24.48的物质的量为：n(KMnO4)=c•Vn(KMnO4)=c•V=2x20.00x0.2000mol/Lx5x24.48——L=x20.00x10-3x0.2000xmol，由于样1000524.48品的质量是1.0800g,则该样品含有的KMnO4的的纯度为：20.00x10-3x0.2000x2x100x158=524-48x100%口1.0800锌及其化合物锌单质锌在含有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口在加热条件下，可以与绝大多数非金属反应，在1273K时锌在空气中燃烧生成氧化锌。锌粉与硫磺共热可形成硫化锌。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+2H2O=Na2Zn(OH)4]+H2D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)4]2++H2D+2OH口锌的化合物Zn2+无色，故一般化合物也无色。如ZnS(白色、口溶)ZnI2(无色、口口口口Zn2+溶液中加适量碱，发生如下反应：Zn2++2OH口=Zn(OH)2D(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。ZnCl2是固体盐中溶解度最大的(283K,333g/100gH2O)它在浓溶液中形成配合酸：ZnCl2+H2O=HZnCl2(OH)]这种酸有显著的酸性,能溶解金属氧化物：FeO+2HZnCl2(OH)]=FeZnCl2(OH)]2+H2O故ZnCl2的浓溶液用作焊药。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)，以其为原料冶炼锌的工艺流程如图所示：（1）硫化锌精矿的焙烧在氧气气氛的沸腾炉中进行，所产生焙砂的主要成分的化学式为（2）焙烧过程中产生的含尘烟气可净化制酸，该酸可用于后续的操作.（3）浸出液“净化”过程中加入的主要物质为，其作用是。（4）电解沉积过程中的阴极采用铝板，阳极采用Pb-Ag合金惰性电极，阳极逸出的气体是（5）改进的锌冶炼工艺，采用了“氧压酸浸”的全湿法流程，既省略了易导致空气污染的焙烧过程，又可获得一种有工业价值的非金属单质。“氧压酸浸”中发生的主要反应的离子方程式为。（6）我国古代曾采用“火法”工艺冶炼锌。明代宋应星著的《天工开物》中有关于“升炼倭铅的记载：炉甘石十斤，装载入一泥罐内，,然后逐层用煤炭饼垫盛，其底铺薪，发火煅红，,冷淀，毁罐取出，,即倭铅也。该炼锌工艺过程主要反应的化