Question

【題目】二氧化錳不僅是活性好的催化劑，也被廣泛用作干電池的正極材料。某化學(xué)小組設(shè)計(jì)用高硫錳礦（主要成分為錳的化合物和硫化亞鐵）為原料制取二氧化錳的工藝流程如圖：

已知：①“混合焙燒”后的燒渣含MnSO4、Fe2O3及少量FeO、MgO、Al2O3

②在該條件下，金屬離子開始沉淀和完全沉淀的pH如下表。

（1）寫出浸出時(shí)與鋁元素有關(guān)的離子反應(yīng)方程式__。

（2）上述“氧化”步驟是否可省略__（填“是”或“否”），你的依據(jù)是__。

（3）“調(diào)pH除鐵鋁’’時(shí)，生成沉淀的pH范圍為__；“氟化除雜”中除去的離子為__。

（4）請(qǐng)用平衡移動(dòng)原理解釋除雜處理后的Mn2+用NH4HCO3轉(zhuǎn)化成MnCO3沉淀的過程__（用文字和離子方程式表達(dá)）。

（5）用惰性電極電解MnSO4制備MnO2時(shí)，其陽極反應(yīng)式為__；整個(gè)流程中能夠循環(huán)利用的物質(zhì)除MnO2外還有__（寫名稱）。

Answer 1

【答案】Al2O3+6H+=2Al3++3H2O 否 若不進(jìn)行氧化，則Fe2+被完全沉淀的pH為8.0，此時(shí)Mn2+也會(huì)部分被沉淀下來造成損失 5.0≤pH<7.5 Ca2+、Mg2+ 加入NH4HCO3后，Mn2+與HCO電離出的CO生成MnCO3，HCOCO+H+、Mn2++COMnCO3，HCO電離出H+與另一部分HCO反應(yīng)生成H2O和CO2，促進(jìn)上述兩個(gè)平衡正向移動(dòng)，從而生成MnCO3沉淀 Mn2+-2e-+2H2O=MnO2+4H+ 硫酸

【解析】

高硫錳礦（主要成分為含錳化合物及FeS）與氧化錳礦混合焙燒，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，加入二氧化錳將亞鐵離子氧化為鐵離子便于除去，再加入氫氧化鈣中和，將鐵離子與鋁離子以氫氧化物的形式除去，加入MnF2除雜，使溶液中的Ca2+、Mg2＋沉淀完全，此時(shí)溶液中的金屬離子為錳離子，加入碳酸氫銨發(fā)生Mn2＋+2HCO3－=MnCO3↓+CO2↑+H2O，加入硫酸溶解MnCO3得到MnSO4溶液，電解MnSO4溶液得到MnO2和硫酸，硫酸和MnO2可循環(huán)利用。

（1）浸出時(shí)與鋁元素有關(guān)的離子反應(yīng)，氧化鋁溶于酸生成鋁鹽和水，離子方程式為Al2O3+6H+=2Al3++3H2O。故答案為：Al2O3+6H+=2Al3++3H2O；

（2）上述“氧化”步驟不可以省略，依據(jù)是若不進(jìn)行氧化，則Fe2+被完全沉淀的pH為8.0，此時(shí)Mn2+也會(huì)部分被沉淀下來造成損失。故答案為：否；若不進(jìn)行氧化，則Fe2+被完全沉淀的pH為8.0，此時(shí)Mn2+也會(huì)部分被沉淀下來造成損失；

（3）“調(diào)pH除鐵鋁’’時(shí)，讓鋁沉淀完全時(shí)pH=5，而錳不沉淀時(shí)pH小于7.5，生成沉淀的pH范圍為5.0≤pH<7.5；CaF2、MgF2難溶于水，“氟化除雜”中除去的離子為Ca2+、Mg2+。故答案為：5.0≤pH<7.5；Ca2+、Mg2+；

（4）用平衡移動(dòng)原理解釋除雜處理后的Mn2+用NH4HCO3轉(zhuǎn)化成MnCO3沉淀的過程：加入NH4HCO3后，Mn2+與HCO電離出的CO生成MnCO3，HCOCO+H+、Mn2++COMnCO3，HCO電離出H+與另一部分HCO反應(yīng)生成H2O和CO2，促進(jìn)上述兩個(gè)平衡正向移動(dòng)，從而生成MnCO3沉淀。故答案為：加入NH4HCO3后，Mn2+與HCO電離出的CO生成MnCO3，HCOCO+H+、Mn2++COMnCO3，HCO電離出H+與另一部分HCO反應(yīng)生成H2O和CO2，促進(jìn)上述兩個(gè)平衡正向移動(dòng)，從而生成MnCO3沉淀；

（5）用惰性電極電解MnSO4制備MnO2時(shí)，電解過程中陽極發(fā)生氧化反應(yīng)，元素化合價(jià)升高，故為硫酸錳失去電子生成二氧化錳和硫酸，其陽極反應(yīng)式為Mn2+-2e-+2H2O=MnO2+4H+；整個(gè)流程中能夠循環(huán)利用的物質(zhì)除MnO2外還有硫酸。故答案為：Mn2+-2e-+2H2O=MnO2+4H+；硫酸。