Question

【題目】高純硫酸錳作為合成鎳鈷錳三元正極材料的原料，工業(yè)上可由天然二氧化錳粉與硫化錳礦（還含Fe、Al、Mg、Zn、Ni、Si等元素）制備，工藝如圖所示。回答下列問題：

相關(guān)金屬離子[c0(Mn+)=0.1mol·L-1]形成氫氧化物沉淀pH范圍如下：

金屬離子	Mn2+	Fe2+	Fe3+	Al3+	Mg2+	Zn2+	Ni2+
開始沉淀的pH	8.1	6.3	1.5	3.4	8.9	6.2	6.9
沉淀完全的pH	10.1	8 3	2.8	4.7	10.9	8.2	8.9

（1）寫出基態(tài)錳原子核外電子排布式___。

（2）“氧化”中添加適量的MnO2發(fā)生反應(yīng)的離子方程式是___。

（3）“調(diào)pH”除鐵和鋁，溶液的pH范圍應(yīng)調(diào)節(jié)為___~6之間。

（4）“除雜2”的目的是生成MgF2沉淀除去Mg2+。若溶液酸度過高，Mg2+沉淀不完全，原因是___。

（5）寫出“沉錳”的離子方程式___。

（6）層狀鎳鈷錳三元材料可作為鋰離子電池正極材料，其化學(xué)式為LiNixCoyMnzO2，其中Ni、Co、Mn的化合價分別為+2、+3、+4。當(dāng)x=y=時，z=___。

Answer 1

【答案】[Ar]3d54s2 2Fe2++MnO2+4H+=2Fe3++Mn2++2H2O 4.7 F與H+結(jié)合形成弱電解質(zhì)HF，MgF2(s)Mg2+(aq)+2F(aq)溶解平衡向右移動 Mn2++2HCO3-=MnCO3↓+CO2↑+H2O

【解析】

硫化錳礦(還含Fe、Al、Mg、Zn、Ni、Si等元素)和MnO2粉加入稀硫酸，二氧化錳粉和硫化錳礦生成MnSO4、S，同時溶液中還有難溶性的SiO2及難溶性的硅酸鹽，所以得到的濾渣1為SiO2和S和難溶性的硅酸鹽；然后向濾液中加入MnO2，MnO2氧化還原性離子Fe2+生成Fe3+，再向溶液中通入氨氣調(diào)節(jié)溶液的pH除鐵和鋁，所以濾渣2為Fe(OH)3、Al(OH)3，“除雜1”的目的是除去Zn2+和Ni2+，加入的Na2S和Zn2+、Ni2+反應(yīng)生成硫化物沉淀，所以濾渣3為NiS和ZnS，“除雜2”的目的是生成MgF2沉淀除去Mg2+，所以濾渣4為MgF2，最后向濾液中加入碳酸氫銨得到MnCO3沉淀，用稀硫酸溶解沉淀得到硫酸錳，由此分析。

(1)錳的原子序數(shù)為27，根據(jù)核外電子排布式，基態(tài)錳原子核外電子排布式[Ar]3d54s2；

(2)MnO2氧化還原性離子Fe2+生成Fe3+ ，“氧化”中添加適量的MnO2發(fā)生反應(yīng)的離子方程式：2Fe2++MnO2+4H+=2Fe3++Mn2++2H2O；

(3)“調(diào)pH”除鐵和鋁，溶液的pH應(yīng)該大于這兩種離子完全沉淀所需pH且小于其它離子生成沉淀的pH值，在pH=4.7時Fe3+和Al3+沉淀完全，在pH=6.2時Zn2+開始產(chǎn)生沉淀，溶液的pH范圍為4.7～6之間；

(4)“除雜2”的目的是生成MgF2沉淀除去Mg2+，溶液中存在MgF2的溶解平衡，如果溶液酸性較強(qiáng)，生成弱電解質(zhì)HF而促進(jìn)氟化鎂溶解，即F-與H+結(jié)合形成弱電解質(zhì)HF，MgF2(s)Mg2+(aq)+2F(aq)溶解平衡向右移動，所以鎂離子沉淀不完全；

(5)“沉錳”時錳離子和碳酸氫根離子反應(yīng)生成碳酸錳沉淀，同時還生成水、二氧化碳，離子方程式為：Mn2++2HCO3-=MnCO3↓+CO2↑+H2O；

(7)層狀鎳鈷錳三元材料可作為鋰離子電池正極材料，其化學(xué)式為LiNixCoyMnzO2，其中Ni、Co、Mn的化合價分別為+2、+3、+4．當(dāng)x=y=，根據(jù)化合價的代數(shù)和為0，z=。