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如表：

金屬離子	Fe3+	Fe2+	Al3+	Mn2+
開始沉淀	1.8	6.8	4.0	7.5
完全沉淀	3.2	8.0	5.0	8.4

(1)寫出浸出時與鋁元素有關(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，生成沉淀的pH范圍為____；“氟化除雜”中除去的離子為____。

(4)請用平衡移動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)。

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

Answer 1

【答案】Al2O3+6H+=3H2O+2Al3+ 否 若不進行氧化，則Fe2+被完全沉淀的pH為8.0，此時Mn2+也會被部分沉淀，造成損失 5.0≤pH＜7.5 Mg2+、Ca2+ 加入NH4HCO3后，Mn2+與HCO3-電離出的CO32-生成MnCO3，HCO3-H++ CO32-、Mn2++CO32-MnCO3，HCO3-電離出H+與另一部分HCO3-反應(yīng)生成H2O和CO2，促進上述兩個平衡正向移動，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，再加入碳酸鈣中和，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Mg2+、Ca2+沉淀完全，此時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，加入硫酸溶解碳酸錳得到硫酸錳溶液，經(jīng)過電解得到二氧化錳，據(jù)此分析解答。

(1)浸出時Al2O3與硫酸反應(yīng)生成硫酸鋁，與鋁元素有關(guān)的離子反應(yīng)方程式為：Al2O3+6H+=3H2O+2Al3+；

(2)根據(jù)沉淀表格數(shù)據(jù)，若不進行氧化，則Fe2+被完全沉淀的pH為8.0，此時Mn2+也會被部分沉淀，造成損失，則上述“氧化”步驟不可省略；

(3)“調(diào)pH除鐵鋁’’時，根據(jù)數(shù)據(jù)，pH為5.0時鋁離子完全沉淀，pH為7.5時錳離子開始沉淀，則生成沉淀的pH范圍為5.0≤pH＜7.5；根據(jù)分析，“氟化除雜”中加入MnF2除雜，使溶液中的Mg2+、Ca2+沉淀完全，除去的離子為Mg2+、Ca2+；

(4)加入NH4HCO3后，Mn2+與HCO3-電離出的CO32-生成MnCO3，HCO3-H++ CO32-、Mn2++CO32-MnCO3，HCO3-電離出H+與另一部分HCO3-反應(yīng)生成H2O和CO2，促進上述兩個平衡正向移動，從而生成MnCO3沉淀；

(5)用惰性電極電解MnSO4制備MnO2時，其陽極發(fā)生氧化還原，化合價升高失電子，錳元素由+2價升高為+4價，失電子被氧化，則陽極反應(yīng)式為Mn2+-2e-+2H2O=MnO2+4H+；硫酸根離子與氫離子結(jié)合生成硫酸，則整個流程中能夠循環(huán)利用的物質(zhì)除MnO2外還有硫酸。