Question

【題目】下面是某科研小組利用廢鐵屑還原浸出軟錳礦(主要成分為MnO2)制備硫酸錳及電解其溶液制錳的工藝流程圖:

已知:①浸出液中主要含有Fe3+、Fe2+、Co2+、Ni2+等雜質(zhì)金屬離子；

②生成氫氧化物的pH見下表:

物質(zhì)	Fe(OH)2	Fe(OH)3	Ni(OH)2	Co(OH)2	Mn(OH)2
開始沉淀pH	7.5	2.7	7.7	7.6	8.3
完全沉淀pH	9.7	3.7	8.4	8.2	9.8

請(qǐng)回答下列問題:

（1）“酸浸”前將原料粉碎的目的是______________。

（2）流程圖中“①加入MnO2”的作用是將浸出液中的Fe2+氧化為Fe3+，同時(shí)自身被還原為Mn2+。該反應(yīng)的離子方程式是_________，其中的MnO2可以用試劑_____(填化學(xué)式)代替。

（3）流程圖中“②調(diào)節(jié)pH”可以除去某種金屬離子，應(yīng)將溶液pH調(diào)節(jié)控制的范圍是_________下列可用于流程中調(diào)節(jié)pH的試劑是__________(填試劑對(duì)應(yīng)的字母編號(hào))。

a.MnCO3 b.Na2CO3 C.NaOH d.氨水

（4）向?yàn)V液I中加人MnS的作用是除去Co2+、Ni2+等離子，發(fā)生反應(yīng)為MnS+Ni2+=NiS+Mn2+等。當(dāng)該反應(yīng)完全后，濾液2中的Mn2+與Ni2+離子的物質(zhì)的量濃度之比是_______[已知Ksp(MnS)=2.8×10-10，Ksp(NiS)=2.0×10-21]。

（5）上述流程中，能循環(huán)使用的一種物質(zhì)是___________(填化學(xué)式)。

（6）上述流程中在電解前需對(duì)電解液中Mn2+的含量進(jìn)行測(cè)定。方法是:取出一定體積的電解液，加入一定質(zhì)量的NaBiO3(不溶于水)，使二者發(fā)生反應(yīng)，反應(yīng)的氧化產(chǎn)物和還原產(chǎn)物分別是MnO4-、Bi3+。該反應(yīng)的離子方程式是_______________。

（7）在適當(dāng)條件下，在MnSO4=H2SO4+H2O為體系的電解液中電解也可獲得MnO2，其陽極電極反應(yīng)式為________________。

Answer 1

【答案】 增大反應(yīng)物的接觸面積，加快反應(yīng)速率 MnO2 + 2Fe2+ + 4H+ == Mn2+ + 2Fe3+ + 2H2O H2O2 3.7——7.6 a 1.4×1011 H2SO4 2Mn2+ + 5NaBiO3 + 14H+ == 2MnO4- +5Bi3+ + 5Na+ + 7H2O Mn2+ + 2H2O -2e- == MnO2 + 4H+

【解析】用軟錳礦還原酸浸制取硫酸錳電解液并進(jìn)一步提煉金屬錳，軟錳礦和廢鐵屑加入過量硫酸浸出，過濾，浸出液中主要含有Fe3＋、Fe2＋、Co2＋、Ni2＋等金屬離子，加入MnO2的作用是將浸出液中的Fe2＋氧化為Fe3＋，同時(shí)自身被還原為Mn2＋，加入氨水調(diào)節(jié)溶液的pH以除去鐵離子，過濾后的濾液中加入MnS凈化除去Co2＋、Ni2＋等，過濾得到濾液電解得到金屬錳和陽極液，陽極液循環(huán)使用，濾渣2為MnS、CoS、NiS，

（1）“酸浸”前將原料粉碎的目的是增大反應(yīng)物的接觸面積，加快反應(yīng)速率；（2）流程圖中“①加入MnO2”的作用是將浸出液中的Fe2+氧化為Fe3+，同時(shí)自身被還原為Mn2+。該反應(yīng)的離子方程式是MnO2 + 2Fe2+ + 4H+ == Mn2+ + 2Fe3+ + 2H2O，其中的MnO2作氧化劑，可以用試劑H2O2代替。（3）流程圖中“②調(diào)節(jié)pH”可以除去鐵離子，應(yīng)將溶液pH調(diào)節(jié)控制的范圍是3.7——7.6，促進(jìn)鐵離子水解a.MnCO3，能與H+反應(yīng)，不引入雜質(zhì)，故A正確； b.Na2CO3 ，引入鈉離子，故不選；C.NaOH引入鈉離子，故不選； d.氨水，引入銨根離子，可用于流程中調(diào)節(jié)pH的試劑是a.（4）根據(jù)沉淀轉(zhuǎn)化的方程式：MnS+Ni2+=NiS+Mn2+，Mn2+與Ni2+離子的物質(zhì)的量濃度之比=c(Mn2＋):c(Ni2+)=Ksp(MnS)：Ksp(NiS)=2.8×10-10：2.0×10-21=1.4×1011；（5）上述工藝中，能循環(huán)使用的一種物質(zhì)是電解過程中陽極液含的硫酸；（6）電解液中Mn2＋具有還原性，加入一定質(zhì)量的NaBiO3（不溶于水），使二者發(fā)生反應(yīng)，反應(yīng)的氧化產(chǎn)物和還原產(chǎn)物分別是MnO4－、Bi3＋。反應(yīng)的離子方程式是5NaBiO3+2Mn2＋+14H＋═5Bi3＋+2MnO4+5Na＋+7H2O；（7）在適當(dāng)條件下，在MnSO4電解在陽極失去電子獲得MnO2，其陽極電極反應(yīng)式為Mn2+ + 2H2O -2e- == MnO2 + 4H+。