《2026年新高考5年真题化学河北专版》

6. [2024·广西卷,15T,14分]广西盛产甘蔗,富藏锰矿。由软锰矿(MnO₂,含SiO₂、Fe₂O₃、Al₂O₃和CuO等杂质)制备光电材料KMnF₃的流程如下。

已知:
回答下列问题:
(1)“甘蔗渣水解液”中含有还原性糖和H₂SO₄,其主要作用是溶解金属氧化物和还原软锰矿。为提高“浸取”速率,可采取的措施是把软锰矿粉碎(或搅拌、加热等，任写一条)(任举一例)。

(2)“滤渣1”的主要成分是${SiO_{2}}$(填化学式)。
(3)常温下,用CaCO₃调节溶液pH至5~6时,可完全沉淀的离子有${Al^{3+}}$(填化学式)。
(4)“X”可选用D。
A. H₂S
B. H₂O₂
C. Zn
D. (NH₄)₂S
(5)若用Na₂CO₃替代NaHCO₃沉锰,得到Mn₂(OH)₂CO₃沉淀。写出生成Mn₂(OH)₂CO₃的离子方程式${2Mn^{2+} + 3CO^{2-}_{3} + 2H_{2}O=Mn_{2}(OH)_{2}CO_{3}\downarrow + 2HCO^{-}_{3}}$。
(6)KMnF₃立方晶胞如图,晶胞参数为a pm,该晶体中与一个F⁻紧邻的K⁺有4个。已知Nₐ为阿伏加德罗常数的值,晶体密度为$\dfrac{151}{N_{A}a^{3}× 10^{-30}}$g·cm⁻³(用含a、Nₐ的代数式表示)。

答案： 6. 参考答案
(1)溶解金属氧化物和还原软锰矿 把软锰矿粉碎(或搅拌、加热等，任写一条)
(2)${SiO_{2}}$
(3)${Al^{3+}}$
(4)${D}$
(5)${2Mn^{2+} + 3CO^{2-}_{3} + 2H_{2}O=Mn_{2}(OH)_{2}CO_{3}\downarrow + 2HCO^{-}_{3}}$
(6)$4$ $\dfrac{151}{N_{A}a^{3}× 10^{-30}}$
命题意图本题以软锰矿制备光电材料${KMnF_{3}}$的流程为情境，涉及元素化合物性质、分离提纯、晶胞的结构等知识，意在考查考生的分析推理能力，体现了“宏观辨识与微观探析”“证据推理与模型认知”等化学学科核心素养。
解题思路软锰矿含有${MnO_{2}}$和少量${SiO_{2}}$、${Fe_{2}O_{3}}$、${Al_{2}O_{3}}$、${CuO}$。“甘蔗渣水解液”中含有还原性糖和${H_{2}SO_{4}}$。用甘蔗渣水解液“浸取”软锰矿，${MnO_{2}\to MnSO_{4}}$，${Fe_{2}O_{3}\to FeSO_{4}}$，${Al_{2}O_{3}\to Al_{2}(SO_{4})_{3}}$，${CuO\to CuSO_{4}}$，${SiO_{2}}$不溶于硫酸，所得“滤渣1”是${SiO_{2}}$，滤液中加${CaCO_{3}}$调节${pH}$生成${Al(OH)_{3}}$沉淀除铝，“过滤”，滤液加硫化物反应生成${FeS}$、${CuS}$沉淀(“滤渣3”)除铁铜，滤液中加${NaHCO_{3}}$反应生成${MnCO_{3}}$沉淀，最终将${MnCO_{3}}$转化为${KMnF_{3}}$。
(3)根据溶度积常数，${Fe^{2+}}$完全沉淀时，$c{(OH^{-})}=\sqrt{\dfrac{4.9× 10^{-17}}{1× 10^{-5}}}\ {mol· L^{-1}}=7× 10^{-6}\ {mol· L^{-1}}$。${Al^{3+}}$完全沉淀时，$c{(OH^{-})}=\sqrt[3]{\dfrac{1.3× 10^{-33}}{1× 10^{-5}}}\ {mol· L^{-1}}\approx 5.1× 10^{-10}\ {mol· L^{-1}}$。${Cu^{2+}}$完全沉淀时，$c{(OH^{-})}=\sqrt{\dfrac{2.2× 10^{-20}}{1× 10^{-5}}}\ {mol· L^{-1}}\approx 4.7× 10^{-8}\ {mol· L^{-1}}$。常温下，用${CaCO_{3}}$调节溶液${pH}$至$5\sim 6$时，溶液中$c{(OH^{-})}$为$10^{-9}\sim 10^{-8}\ {mol· L^{-1}}$。则可完全沉淀的离子只有${Al^{3+}}$。
(4)加${X}$的目的是除铁和铜，${Fe^{2+}}$和${H_{2}S}$不反应，所以不能选用${H_{2}S}$。${Cu^{2+}}$、${Fe^{2+}}$都能分别和${S^{2-}}$反应生成${CuS}$、${FeS}$沉淀，所以“${X}$”可选用${(NH_{4})_{2}S}$，${D}$项符合题意。
(6)1个晶胞中含有1个${K^{+}}$，根据化学式${KMnF_{3}}$可知，1个晶胞中含有1个${Mn^{2+}}$、3个${F^{-}}$，则晶胞顶点上的$\boldsymbol{●}$为${Mn^{2+}}$、棱上的$\boldsymbol{●}$为${F^{-}}$，该晶体中与一个${F^{-}}$紧邻的${K^{+}}$有4个。已知$N_{A}$为阿伏加德罗常数的值，晶体密度为$\dfrac{39 + 55 + 19× 3}{(a× 10^{-10})^{3}× N_{A}}\ {g· cm^{-3}}=\dfrac{151}{N_{A}a^{3}× 10^{-30}}\ {g· cm^{-3}}$。
易错提醒
晶胞密度的计算是高考考查的高频考点，晶胞密度的计算需要特别注意两点：①计算晶胞质量时要先用“均摊法”确定一个晶胞中含有的原子总数目；②注意长度单位的换算，$1\ {cm}=10^{7}\ {nm}=10^{10}\ {pm}$。