Question

【題目】硫酸錳是一種重要的化工中間體，是錳行業研究的熱點。一種以高硫錳礦(主要成分為含錳化合物及FeS)為原料制備硫酸錳的工藝流程如下：

已知：①“混合焙燒”后燒渣含MnSO4、Fe2O3及少量FeO、Al2O3、MgO。

②金屬離子在水溶液中的平衡濃度與pH的關系如圖所示(25℃)：

③此實驗條件下Mn2+開始沉淀的pH為7.54；離子濃度≤10－5mol·L－1時，離子沉淀完全。

請回答：

(1)傳統工藝處理高硫錳礦時，不經“混合焙燒”，而是直接用H2SO4浸出，其缺點為___________。

(2)“氧化”時，發生反應的離子方程式為_________________________________。若省略“氧化”步驟，造成的后果是_________________________________。

(3)“中和除雜”時，生成沉淀的主要成分為______________________(填化學式)。

(4)“氟化除雜”時，若使溶液中的Mg2+和Ca2+沉淀完全，需維持c(F－)不低于___________。(已知：Ksp(MgF2)=6.4×10－10；Ksp(CaF2)=3.6×10－12)

(5)“碳化結晶”時，發生反應的離子方程式為______________________。

(6)“系列操作”指___________、過濾、洗滌、干燥

(7)用惰性電極電解MnSO4溶液可制備MnO2，電解過程中陽極的電極反應式為___________。

Answer 1

【答案】產生硫化氫等氣體，污染環境 MnO2+2Fe2++4H+＝2Fe3++Mn2++2H2O Fe2+與Mn2+沉淀區有重疊，造成Mn2+損失（或Fe2+去除不完全，影響產品純度） Fe（OH）3、Al（OH）3 8×10﹣3 molL﹣1 Mn2++2HCO3-＝MnCO3↓+CO2↑+H2O 蒸發濃縮、冷卻結晶 Mn2++2H2O﹣2e﹣＝MnO2+4H+

【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+沉淀完全，此時溶液中的金屬離子為錳離子，加入碳酸氫銨發生Mn2++2 HCO3-=MnCO3↓+CO2↑+H2O，加入硫酸溶解碳酸錳，經過蒸發濃縮、冷卻結晶、過濾、洗滌、干燥得到硫酸錳的水合物，據此分析解答。

(1)高錳礦含有FeS，傳統工藝處理高硫錳礦時，不經“混合焙燒”，而是直接用H2SO4浸出，產生硫化氫等氣體，污染環境；故答案為：產生硫化氫等氣體，污染環境；

(2)氧化時用二氧化錳氧化亞鐵離子，離子方程式為：MnO2+2Fe2++4H+＝2Fe3++Mn2++2H2O；若省略“氧化”步驟，根據圖表Fe2+與Mn2+沉淀區有重疊，造成Mn2+損失(或Fe2+去除不完全，影響產品純度)；故答案為：MnO2+2Fe2++4H+＝2Fe3++Mn2++2H2O；Fe2+與Mn2+沉淀區有重疊，造成Mn2+損失(或Fe2+去除不完全，影響產品純度)；

(3)“中和除雜”時，碳酸鈣與鐵離子、鋁離子水解產生的H+反應，從而促進了水解平衡向正向移動，得到Fe(OH)3、Al(OH)3沉淀，故答案為：Fe(OH)3、Al(OH)3；

(4)已知：Ksp(MgF2)＝6.4×10﹣10，若使溶液中的Mg2+沉淀完全，需維持c(F﹣)不低于mol/L＝8×10﹣3 molL﹣1；故答案為：8×10﹣3 molL﹣1；

(5)“碳化結晶”時，發生反應的離子方程式為：Mn2++2HCO3-＝MnCO3↓+CO2↑+H2O，故答案為：Mn2++2HCO3-＝MnCO3↓+CO2↑+H2O；

(6)硫酸錳溶液經過蒸發濃縮、冷卻結晶、過濾、洗滌、干燥得到硫酸錳的水合物，故答案為：蒸發濃縮、冷卻結晶；

(7)用惰性電極電解MnSO4溶液可制備MnO2，電解過程中陽極發生氧化反應，元素化合價升高，故為硫酸錳失去電子生成二氧化錳，電極反應式為Mn2++2H2O﹣2e﹣＝MnO2+4H+，故答案為：Mn2++2H2O﹣2e﹣＝MnO2+4H+。