③此实验条件下Mn2+开始沉淀的pH为7.54；离子浓度≤10－5mol·L－1时，离子沉淀完全。 请回答：
(1)传统工艺处理高硫锰矿时，不经“混合焙烧”，而是直接用H2SO4浸出，其缺点为___________。 (2)“氧化”时，发生反应的离子方程式为_________________________________。若省略“氧化”步骤，造成的后果是_________________________________。
(3)“中和除杂”时，生成沉淀的主要成分为______________________(填化学式)。
(4)“氟化除杂”时，若使溶液中的Mg2+和Ca2+沉淀完全，需维持c(F－)不低于___________。(已知：Ksp(MgF2)=6.4×10－10；Ksp(CaF2)=3.6×10－12)
(5)“碳化结晶”时，发生反应的离子方程式为______________________。 (6)“系列操作”指___________、过滤、洗涤、干燥
(7)用惰性电极电解MnSO4溶液可制备MnO2，电解过程中阳极的电极反应式为___________。
【答案】 (1). 产生硫化氢等气体，污染环境 (2). MnO2+2Fe2++4H+＝2Fe3++Mn2++2H2O (3). Fe2+与Mn2+沉淀区有重叠，造成Mn2+损失（或Fe2+去除不完全，影响产品纯度） (4). Fe（OH）3、Al（OH）3 (5).
﹣3﹣12+-2+
8×10 mol?L (6). Mn+2HCO3＝MnCO3↓+CO2↑+H2O (7). 蒸发浓缩、冷却结晶 (8). Mn+2H2O﹣2e﹣
＝MnO2+4H
+
【解析】 【分析】
高硫锰矿(主要成分为含锰化合物及FeS)与氧化锰矿混合焙烧，得到MnSO4、Fe2O3及少量FeO、Al2O3、MgO，加入硫酸，得到Mn2+、Fe2+、Fe3+、Mg2+、Al3+的酸性溶液，加入二氧化锰将亚铁离子氧化为铁离子便于除去，再加入碳酸钙中和，将铁离子与铝离子以氢氧化物的形式除去，加入MnF2除杂，使溶液中
2+2+的Mg沉淀完全，此时溶液中的金属离子为锰离子，加入碳酸氢铵发生Mn+2
HCO3-=MnCO3↓+CO2↑+H2O，加入硫酸溶解碳酸锰，经过蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥得到硫酸锰的水合物，据此分析解答。
【详解】(1)高锰矿含有FeS，传统工艺处理高硫锰矿时，不经“混合焙烧”，而是直接用H2SO4浸出，产生
硫化氢等气体，污染环境；故答案为：产生硫化氢等气体，污染环境；
(2)氧化时用二氧化锰氧化亚铁离子，离子方程式为：MnO2+2Fe2++4H+＝2Fe3++Mn2++2H2O；若省略“氧化”步骤，根据图表Fe与Mn沉淀区有重叠，造成Mn损失(或Fe去除不完全，影响产品纯度)；故答案为：MnO2+2Fe2++4H+＝2Fe3++Mn2++2H2O；Fe2+与Mn2+沉淀区有重叠，造成Mn2+损失(或Fe2+去除不完全，影响产品纯度)；
(3)“中和除杂”时，碳酸钙与铁离子、铝离子水解产生的H+反应，从而促进了水解平衡向正向移动，得到Fe(OH)3、Al(OH)3沉淀，故答案为：Fe(OH)3、Al(OH)3；
2+﹣(4)已知：Ksp(MgF2)＝6.4×10﹣10，若使溶液中的Mg沉淀完全，需维持c(F)不低于
2+
2+
2+
2+
mol/L＝8×10
﹣3
mol?L﹣1；故答案为：8×10﹣3 mol?L﹣1；
(5)“碳化结晶”时，Mn2++2HCO3-＝MnCO3↓+CO2↑+H2O，Mn2++2HCO3-发生反应的离子方程式为：故答案为：＝MnCO3↓+CO2↑+H2O；
(6)硫酸锰溶液经过蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥得到硫酸锰的水合物，故答案为：蒸发浓缩、冷却结晶；
(7)用惰性电极电解MnSO4溶液可制备MnO2，电解过程中阳极发生氧化反应，元素化合价升高，故为硫酸
2++2+
锰失去电子生成二氧化锰，电极反应式为Mn+2H2O﹣2e﹣＝MnO2+4H，故答案为：Mn+2H2O﹣2e﹣＝
MnO2+4H+。
10.甲烷是一种重要的化工原料和清洁能源，研究其再生及合理利用有重要意义。 请回答：
(1)已知一定条件下发生如下反应： CO2(g)+2H2O(g)
CH4(g)+2O2(g) △H=+802kJ·mol。
－1
将一定量的CO2(g)和H2O(g)充入10L密闭容器中，分别在催化剂M、N的作用下发生上述反应，CH4(g)的产量(n)与光照时间(t)和温度(T)变化的关系如图1所示。
①若甲烷的燃烧热(△H)为－890kJ·mol－1，则水的汽化热△H=___________。(汽化热指1mol液体转化为气体时吸收的热量)
②T1℃、催化剂M作用下，0~20h内该反应速率v(H2O)=___________。
③根据图1判断，T1___________T2(填“＞”“＜”或“=”)，理由为___________。 催化剂的催化效果：M___________N(填“强于”或“弱于”)。 (2)甲烷可用于制备合成气：CH4(g)+H2O(g)
CO(g)+3H2(g) △H。将CH4(g)和H2O(g)以物质的量之比为1：
3充入盛有催化剂的刚性容器中发生该反应。相同时间段内测得CO的体积分数()与温度(T)的关系如图2所示。
①T0℃时，CO的体积分数最大的原因为_________________________________。
②若T0℃时，容器内起始压强为p0，CO的平衡体积分数为10%，则反应的平衡常数Kp=___________(用平衡分压代替平衡浓度计算，分压=总压×物质的量分数)。
【答案】 (1). +44 kJ?mol﹣1 (2). 0.006 mol?L﹣1?h﹣1 (3). ＞ (4). 该反应为吸热反应，温度升高，CH4的产量增大 (5). 弱于 (6). 低于T0 ℃时，相同时间段内温度越高反应速率越快，CO的体积分数越大；高于T0 ℃时，反应达到平衡，该反应为放热反应，温度越高CO的体积分数越小 (7). 【解析】 【分析】
(1)甲烷的燃烧热为△H=-890kJ?mol-1，则甲烷燃烧的热化学方程式可表示为CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O(l)△H=-890 kJ?mol-1，根据盖斯定律，结合已知热化学方程式处理得H2O(l)=H2O(g)，再计算出△H；
②根据图象可知，T1℃、催化剂M作用下，0～20h内甲烷的物质的量变化为0.6mol，结合v=计算出甲烷的反应速率，然后结合反应速率与化学计量数成正比计算；
③根据催化剂不影响平衡，会使得化学反应速率增大，结合该反应为放热反应分析解答；
(2)①没有达到平衡状态时，温度越高反应速率越快，当达到平衡状态后，升高温度平衡向着逆向移动，据此分析；
②CH4(g)和H2O(g)的物质的量之比为1∶3，设CH4为xmol，H2O为3xmol，平衡时生成的CO为ymol，然后根据三段式分析解答。容器容积相同时，气体的压强与物质的量成正比，T0℃时，容器内起始压强为p0，计算出平衡时的压强，再分别计算出平衡时各气体的分压，带入平衡常数表达式计算即可。
﹣1
【详解】(1)①已知：CO2(g)+2H2O(g)?CH4(g)+2O2(g)△H＝+802kJ?mol①，甲烷的燃烧热为△H＝﹣﹣1
890kJ?mol﹣1，则甲烷燃烧的热化学方程式可表示为CH4(g)+2O2(g)＝CO2(g)+2H2O(l)△H＝﹣890 kJ?mol②，
11
根据盖斯定律，﹣(①+②)可得：H2O(l)＝H2O(g)△H＝﹣ [+802kJ?mol﹣+(﹣890 kJ?mol﹣)]＝+44 kJ?mol﹣1
，故答案为：+44 kJ?mol﹣；
1
②根据图像可知，T1℃、催化剂M作用下，0～20h内水的物质的量变化为0.6mol，则v(CH4)＝0.003 mol?L
﹣1
?h﹣1，所以v(H2O)＝2v(CH4)＝0.006 mol?L﹣1?h﹣1，故答案为：0.006 mol?L﹣1?h﹣1；
③该反应为吸热反应，温度升高，CH4的产量增大，根据图像可知，温度为T1条件下，平衡时甲烷的物质的量较大，则T1＞T2；已知温度T1＞T2，若不使用催化剂，应该在温度T1条件下优先达到平衡状态，根据图像可知，使用催化剂N的曲线优先达到平衡状态，说明催化剂的催化效果：M弱于N，故答案为：＞；该反应为吸热反应，温度升高，CH4的产量增大；弱于；
(2)①在温度低于T0 ℃时，相同时间段内温度越高反应速率越快，则CO的体积分数越大；在温度为T0 ℃时，反应达到平衡，由于该反应为放热反应，温度越高CO的体积分数越小，所以T0℃时CO的体积分数最大，故答案为：低于T0 ℃时，相同时间段内温度越高反应速率越快，CO的体积分数越大；高于T0 ℃时，反应达到平衡，该反应为放热反应，温度越高CO的体积分数越小；
②CH4(g)和H2O(g)的物质的量之比为1∶3，设CH4为xmol，H2O为3xmol，平衡时生成的CO为ymol，CO的平衡体积分数为10%
CH4(g)+H2O(g)?CO(g)+3H2(g) 初始(mol) x 3x 0 0 转化(mol) y y y 3y 平衡(mol) x﹣y 3x﹣y y 3y 则：
×100%=10%，解得：y=0.5x，平衡时混合气体的总物质的量为：
x-0.5x+3x-0.5x+0.5x+0.5x×3=5x，反应前总物质的量为4xmol，容器容积相同时，气体的压强与物质的量成正比，T0℃时，容器内起始压强为p0，则平衡时压强为：p0×=1.25p0，平衡时p(CH4)=p(H2O)=
×1.25p0=p0，p(CO)=
×1.25p0=p0，p(CH4)=
×1.25p0=p0，
×1.25p0=p0，反应的平衡常数
Kp==，故答案为：。
【点睛】明确盖斯定律的应用、化学平衡及其影响因素为解答的关键。本题的易错点为(2)②，要注意平衡常数Kp的含义和计算方法。
【化学一选修3：物质结构与性质】
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