Question

14．自然界中，錳的主要礦石有軟錳礦（主要成分Mn0₂）和菱錳礦（主要成分MnCO₃ ）金屬錳的提煉方式主要有火法和濕法兩種．請回答下列問題：
（1）火法煉錳可用鋁與軟錳礦高溫反應進行．該反應的化學方程式是4Al+3MnO₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Al₂O₃+3Mn．
濕法煉錳有電解硫酸錳溶液法．電解錳的生產過程分為化合浸取、氧化凈化、沉淀除雜及產品回收．其生產工藝流程如圖：

已知：①菱錳礦中主要雜質是Fe²⁺、Co²⁺、Ni²⁺
②生成氫氧化物的pH如下表：

物質	Fe（OH）2	Ni（OH）2	Co（OH）2	Mn（OH）2	Fe（OH）3
開始沉淀pH	7.5	7.7	7.6	8.3	2.7
完全沉淀pH	9.7	8.4	8.2	9.8	3.8

③有關難溶氫氧化物和硫化物pKsp數據（pKsp=-1gKsp）

難容物質	Fe（OH）3	Ni（OH）2	Co（OH）2	NiS	CoS
pKsp	38.55	15.26	14.7	18.49	20.40

（2）菱錳礦粉與硫酸反應的化學方程式是MnCO₃+H₂SO₄═MnSO₄+H₂O+CO₂↑
（3）Mn0₂的作用是除去菱錳礦的硫酸浸取液中的Fe²⁺，該除雜過程的離子方程式是MnO₂+2 Fe²⁺+4H⁺═2 Fe³⁺+Mn²⁺+2H₂O
（4）使用氨水的目的是調整pH到2.7-7.6之間（填pH范圍，精確到小數點后1位數字）．在“浸出液”中加入硫化按的目的是作沉淀劑，生成NiS、CoS沉淀
（5）電解槽中使用的是惰性電極板，電解反應方程式為2MnSO₄+2H₂O$\frac{\underline{\;電解\;}}{\;}$2H₂SO₄+O₂↑+2Mn．

Answer 1

分析 （1）二氧化錳和鋁在高溫下發生鋁熱反應生成氧化鋁和Mn，
菱錳礦的主要成分是碳酸錳，和稀硫酸發生反應MnCO₃+H₂SO₄═MnSO₄+H₂O+CO₂↑，菱錳礦中主要雜質是Fe²⁺、Co²⁺、Ni²⁺，MnO₂在酸性條件下能氧化Fe²⁺生成Fe³⁺，離子反應方程式為MnO₂+2Fe²⁺+4H⁺═2Fe³⁺+Mn²⁺+2H₂O，所以二氧化錳的作用是除去Fe²⁺，氨水是除去溶液中的過量稀硫酸，增大溶液pH，調節溶液的pH在2.7-7.6之間，使鐵離子轉化為Fe（OH）₃沉淀，然后采用過濾方法得到濾渣A，濾渣A為Fe（OH）₃；然后向濾液中加入硫化銨，使 Co²⁺、Ni²⁺轉化為NiS、CoS沉淀，然后采用過濾方法除去沉淀B，B成分為NiS、CoS沉淀，向凈化液中加入硫酸銨，用惰性電極電解硫酸錳溶液，陽極上氫氧根離子放電生成氧氣、陰極上錳離子放電生成Mn，最后得到硫酸溶液，硫酸循環利用，據此分析解答．

解答 解：（1）二氧化錳和鋁在高溫下發生鋁熱反應生成氧化鋁和Mn，化學反應方程式為4Al+3MnO₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Al₂O₃+3Mn，
故答案為：4Al+3MnO₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Al₂O₃+3Mn；
菱錳礦的主要成分是碳酸錳，和稀硫酸發生反應MnCO₃+H₂SO₄═MnSO₄+H₂O+CO₂↑，菱錳礦中主要雜質是Fe²⁺、Co²⁺、Ni²⁺，MnO₂在酸性條件下能氧化Fe²⁺生成Fe³⁺，離子反應方程式為MnO₂+2Fe²⁺+4H⁺═2Fe³⁺+Mn²⁺+2H₂O，所以二氧化錳的作用是除去Fe²⁺，氨水是除去溶液中的過量稀硫酸，增大溶液pH，調節溶液的pH在2.7-7.6之間，使鐵離子轉化為Fe（OH）₃沉淀，然后采用過濾方法得到濾渣A，濾渣A為Fe（OH）₃；然后向濾液中加入硫化銨，使 Co²⁺、Ni²⁺轉化為NiS、CoS沉淀，然后采用過濾方法除去沉淀B，B成分為NiS、CoS沉淀，向凈化液中加入硫酸銨，用惰性電極電解硫酸錳溶液，陽極上氫氧根離子放電生成氧氣、陰極上錳離子放電生成Mn，最后得到硫酸溶液，硫酸循環利用，
（2）碳酸錳和稀硫酸反應生成硫酸錳、二氧化碳和水，反應方程式為MnCO₃+H₂SO₄═MnSO₄+H₂O+CO₂↑，
故答案為：MnCO₃+H₂SO₄═MnSO₄+H₂O+CO₂↑；
（3）MnO₂在酸性條件下能氧化Fe²⁺生成Fe³⁺，離子反應方程式為MnO₂+2Fe²⁺+4H⁺═2Fe³⁺+Mn²⁺+2H₂O，
故答案為：MnO₂+2 Fe²⁺+4H⁺═2 Fe³⁺+Mn²⁺+2H₂O；
（4）氨水是除去溶液中的過量稀硫酸，增大溶液pH，調節溶液的pH在2.7-7.6之間，使鐵離子轉化為Fe（OH）₃沉淀；
硫化銨使 Co²⁺、Ni²⁺轉化為NiS、CoS沉淀而除去 Co²⁺、Ni²⁺，所以硫化銨的作用是作沉淀劑，生成NiS、CoS沉淀，
故答案為：2.7～7.6之間；作沉淀劑，生成NiS、CoS沉淀；
（5）用惰性電極電解硫酸錳溶液，陽極上氫氧根離子放電生成氧氣、陰極上錳離子放電生成Mn，最后得到硫酸溶液，電極反應式為2MnSO₄+2H₂O$\frac{\underline{\;電解\;}}{\;}$ 2H₂SO₄+O₂↑+2Mn，故答案為：2MnSO₄+2H₂O$\frac{\underline{\;電解\;}}{\;}$ 2H₂SO₄+O₂↑+2Mn．

點評 本題考查物質分離和提純的綜合應用，為高頻考點，明確流程圖中發生的反應及基本操作方法是解本題關鍵，熟練掌握元素化合物知識及基本反應原理，難點是溶液pH調節范圍的判斷，題目難度中等．