Question

工業(yè)上以軟錳礦為原料，利用硫酸亞鐵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（16.27%）、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溶液的pH見下表．

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

回答下列問題：
（1）硫酸亞鐵在酸性條件下將MnO₂還原為MnSO₄，酸浸時發(fā)生的主要反應的離子方程式為

 

．
（2）調節(jié)pH時不用氫氧化鈉原因是：

 

，理論上，調節(jié)pH的最小值為

 

，濾渣B的主要成分是

 

．
（3）加入MnS的目的是除去

 

雜質．
（4）堿性鋅錳電池中，MnO₂參與的電極反應方程式為

 

．回收廢舊堿性錳電池中的錳，可向含錳混合物中加入一定量的稀硫酸、稀草酸，并不斷攪拌至無氣泡為止，其主要反應為：2MnO（OH）+MnO₂+2H₂C₂O₄+3H₂SO₄=3MnSO₄+4CO₂↑+6H₂O，該方法的優(yōu)點是

 

．

Answer 1

分析：（1）根據FeSO₄在反應條件下將MnO₂還原為MnSO₄，則Fe²⁺被氧化為Fe³⁺，故酸浸時生成硫酸錳、硫酸鐵，根據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⁺，結合題中陽離子以氫氧化物形式完全沉淀時溶液的pH進行判斷；
（3）加入MnS后，因為酸性條件下CuS、ZnS更難溶所以會轉化為CuS、ZnS沉淀而除去Cu²⁺、Zn²⁺；
（4）由堿性鋅錳干電池的電池反應式可知，Zn作負極，MnO₂得電子作正極，生成MnOOH，由電荷守恒可知還生成OH^-，由元素守恒可知，還有水參與反應，據此寫出MnO₂參與的電極反應方程式為；從工藝流程是否簡單、反應產物是否產生污染物等方面進行分析．

解答：解：（1）根據FeSO₄在反應條件下將MnO₂還原為MnSO₄，Fe²⁺被氧化為Fe³⁺，故酸浸時生成硫酸錳、硫酸鐵，根據元素守恒還有水生成，反應方程式為：2Fe²⁺+MnO₂+4H⁺=Mn²⁺+2Fe³⁺+2H₂O，
故答案為：2Fe²⁺+MnO₂+4H⁺=Mn²⁺+2Fe³⁺+2H₂O；
（2）酸浸后的過濾液中含有Mn²⁺、Fe³⁺、Al³⁺、Cu²⁺、Zn²⁺、Fe²⁺，若使用氫氧化鈉溶液，會使鋁離子反應生成偏鋁酸根離子，無法生成沉淀，錳離子與氫氧根離子反應生成氫氧化錳沉淀；鋁離子完全沉淀時溶液的pH=5.2，鐵離子完全沉淀時溶液pH=3.2，所以調節(jié)溶液的最小pH為5.2；結合題中陽離子以氫氧化物形式完全沉淀時溶液的pH可知，Fe³⁺、Al³⁺完全轉化為Fe（OH）₃和Al（OH）₃沉淀，其它離子不沉淀，故濾渣A的主要成分為Fe（OH）₃和Al（OH）₃，
故答案為：氫氧化鈉會使氫氧化鋁溶解、使錳離子沉淀；5.2；Fe（OH）₃和Al（OH）₃；
（3）根據題中硫化物的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⁺；
（4）堿性鋅錳干電池中Zn作負極，則MnO₂作正極得電子，其電極反應式應為MnO₂+H₂O+e^-=MnOOH+OH^-；根據反應方程式可知，該方法的優(yōu)點為：工藝流程簡單；生成二氧化碳和水不影響硫酸錳的純度；反應過程中無有毒物質生成，不會造成二次污染等，
故答案為：MnO₂+H₂O+e^-=MnOOH+OH^-；工藝流程簡單；生成二氧化碳和水不影響硫酸錳的純度；反應過程中無有毒物質生成，不會造成二次污染等．

點評：本題考查學生對元素及其化合物的主要性質的掌握、書寫電極反應方程式、閱讀題目獲取新信息能力、對工藝流程的理解等，難度中等，需要學生具備扎實的基礎與綜合運用知識、信息分析解決問題能力．