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＋等雜質金屬離子；

②生成氫氧化物的pH見下表：

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

請回答下列問題：

（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____，MnO2還可以用其他試劑____(填化學式)代替。

（3）流程圖中“②調節pH”可以除去某種金屬離子，應將溶液pH調節控制的范圍是___～7.6。上述流程中，能循環使用的一種物質是___(填化學式)。

（4）向濾液Ⅰ中加入MnS的作用是除去Co2＋、Ni2＋等離子，其中可以發生反應為MnS(s)＋Ni2＋(aq)=NiS(s)＋Mn2＋(aq)等。當該反應完全后，濾液2中的Mn2＋與Ni2＋的物質的量濃度之比是___[已知Ksp(MnS)＝2.8×10－10，Ksp(NiS)＝2.0×10－21]。

（5）在適當條件下，在MnSO4、H2SO4和H2O為體系的電解液中電解也可獲得MnO2，其陽極電極反應式為____。

（6）層狀鎳鈷錳三元材料可作為鋰離子電池正極材料，其化學式為LiNixCoyMnzO2，其中Ni、Co、Mn的化合價分別為+2、+3、+4。當x=y=時，z=___。

Answer 1

【答案】增大反應物的接觸面積，增大反應速率 將浸出液中的Fe2＋氧化為Fe3＋ H2O2 3.7 H2SO4 1.4×1011 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+，同時自身被還原為Mn2+，加入氨水調節溶液的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，陽極液中的硫酸循環使用，濾渣2為MnS、CoS、NiS，據此分析解題。

(1)“酸浸”前將原料粉碎，增大了反應物的接觸面積，從而加快反應速率；

(2)流程圖中“①加入MnO2”的作用是將浸出液中的Fe2+氧化為Fe3+，同時自身被還原為Mn2+，MnO2作氧化劑，可以用試劑H2O2代替；

(3)流程圖中“②調節pH”可以除去鐵離子，由表中數據可知：Fe3+完全沉淀時的溶液pH=3.7，則應將溶液pH調節控制的范圍是3.7～7.6；上述工藝中，能循環使用的一種物質是電解過程中陽極液含的H2SO4；

(4)Ksp(MnS)=2.8×10-10，Ksp(NiS)=2.0×10-21]，沉淀轉化的方程式為：MnS+Ni2+=NiS+Mn2+，則Mn2+與Ni2+離子的物質的量濃度之比=c(Mn2+)：c(Ni2+)=Ksp(MnS)：Ksp(NiS)=2.8×10-10：2.0×10-21=1.4×1011；

(5)在適當條件下，在MnSO4電解在陽極失去電子獲得MnO2，其陽極電極反應式為：Mn2++2H2O-2e-═MnO2+4H+；

(6)層狀鎳鈷錳三元材料可作為鋰離子電池正極材料，其化學式為LiNixCoyMnzO2，其中Ni、Ni、Co、Mn的化合價分別為+2、+3、+4．當x=y=時，該化合物中各元素的化合價代數和為0，+1+(+2)×+(+3)×+(+4)×z+(-2)×2=0，z=。