Question

18．二氧化錳是一次電池制造的基本材料．工業(yè)上以軟錳礦為原料制備高純二氧化錳的流程如下：

某軟錳礦的主要成分為MnO₂，還含有Si（16.72%）、Fe（5.86%）、Al（3.42%）、Zn（2.68%）和Cu（0.86%）等元素的化合物．部分陽離子以氫氧化物或硫化物的形式完全沉淀時(shí)溶液的pH見下表，回答下列問題：

沉淀物	Al（OH）3	Fe（OH）3	Fe（OH）2	Mn（OH）2	Cu（OH）2	Zn（OH）2	CuS	ZnS	MnS	FeS
pH	5.2	3.2	9.7	10.4	6.7	8.0	≥-0.42	≥2.5	≥7	≥7

（1）硫酸亞鐵在酸性條件下將MnO₂還原為MnSO₄，酸浸時(shí)發(fā)生的主要反應(yīng)的化學(xué)方程式為2FeSO₄+MnO₂+2H₂SO₄=MnSO₄+Fe₂（SO₄）₃+2H₂O．
（2）濾渣B的主要成分有Fe（OH）₃和Al（OH）₃．
（3）加入MnS的目的是除去Cu²⁺、Zn²⁺雜質(zhì)．

Answer 1

分析 軟錳礦的主要成分為MnO₂，還含有Si、Fe、Al、Zn和Cu等元素的化合物，硫酸亞鐵在酸性條件下將MnO₂還原為MnSO₄，所以酸浸后的濾液中的金屬陽離子主要是Mn²⁺、Fe³⁺、Al³⁺、Cu²⁺、Zn²⁺、Fe²⁺等，由離子開始沉淀及沉淀完全的pH可知，調(diào)節(jié)pH為5.4，將Fe³⁺、Al³⁺沉淀，加入硫化錳將Cu²⁺、Zn²⁺沉淀，濾液為硫酸錳溶液，再通過系列變化得到高純度的二氧化錳，
（1）根據(jù)FeSO₄在反應(yīng)條件下將MnO₂還原為MnSO₄，則Fe²⁺被氧化為Fe³⁺，故酸浸時(shí)生成硫酸錳、硫酸鐵，根據(jù)元素守恒還有水生成．
（2）由題目信息可知，酸浸后的過濾液中含有Mn²⁺、Fe³⁺、Al³⁺、Cu²⁺、Zn²⁺、Fe²⁺，結(jié)合題中陽離子以氫氧化物形式完全沉淀時(shí)溶液的pH進(jìn)行判斷．
（3）根據(jù)工藝流程及硫化物的K_sp判斷．

解答 解：軟錳礦的主要成分為MnO₂，還含有Si、Fe、Al、Zn和Cu等元素的化合物，硫酸亞鐵在酸性條件下將MnO₂還原為MnSO₄，所以酸浸后的濾液中的金屬陽離子主要是Mn²⁺、Fe³⁺、Al³⁺、Cu²⁺、Zn²⁺、Fe²⁺等，由離子開始沉淀及沉淀完全的pH可知，調(diào)節(jié)pH為5.4，將Fe³⁺、Al³⁺沉淀，加入硫化錳將Cu²⁺、Zn²⁺沉淀，濾液為硫酸錳溶液，再通過系列變化得到高純度的二氧化錳，
（1）根據(jù)FeSO₄在反應(yīng)條件下將MnO₂還原為MnSO₄，F(xiàn)e²⁺被氧化為Fe³⁺，故酸浸時(shí)生成硫酸錳、硫酸鐵，根據(jù)元素守恒還有水生成，反應(yīng)方程式為2FeSO₄+MnO₂+2H₂SO₄=MnSO₄+Fe₂（SO₄）₃+2H₂O，
故答案為：2FeSO₄+MnO₂+2H₂SO₄=MnSO₄+Fe₂（SO₄）₃+2H₂O；
（2）酸浸后的過濾液中含有Mn²⁺、Fe³⁺、Al³⁺、Cu²⁺、Zn²⁺、Fe²⁺，加氨水調(diào)pH至5.4，結(jié)合題中陽離子以氫氧化物形式完全沉淀時(shí)溶液的pH可知，F(xiàn)e³⁺、Al³⁺完全轉(zhuǎn)化為Fe（OH）₃和Al（OH）₃沉淀，其它離子不沉淀，故濾渣B的主要成分為Fe（OH）₃和Al（OH）₃，
故答案為：Fe（OH）₃和Al（OH）₃；
（3）根據(jù)題中硫化物的K_sp可知，加入MnS是為了生成溶解度更小的CuS、ZnS而除去Cu²⁺、Zn²⁺，
故答案為：Cu²⁺、Zn²⁺．

點(diǎn)評(píng) 本題考查學(xué)生對(duì)元素及其化合物的主要性質(zhì)的掌握、書寫電極反應(yīng)方程式、閱讀題目獲取新信息能力、對(duì)工藝流程的理解等，難度中等，需要學(xué)生具備扎實(shí)的基礎(chǔ)與綜合運(yùn)用知識(shí)、信息分析解決問題能力．