Question

【题目】二氧化锰是制造锌锰干电池的基本材料，工业上以软锰矿、菱锰矿为原料来制备。某软锰矿主要成分为 MnO2，还含有 Si(16.27%)、Fe(5.86%)、Al(3.42%)、Zn(2.68%)和 Cu(0.86%)等元素的化合物，其处理流程图如下：

化合物	Al(OH)3	Fe(OH)2	Fe(OH)3
Ksp 近似值	10－34	10－16	10－38

(1)硫酸亚铁在酸性条件下将 MnO2 还原为 MnSO4，酸浸时发生的主要离子反应方程式为：_____________ ；

(2)“氨水、搅拌”，其中“搅拌”不仅能加快反应速率，还能______________， 滤渣 A 的成分是 Fe(OH)3、Al(OH)3，加入氨水需调节 pH 至少达到_________________，恰好能使 Fe3＋、Al3＋沉淀完全(当 c≤10－5 mol·L－1 时，认为该离子沉淀完全)；

(3)滤渣 B 的成分是 ________________

(4)MnO2 也可在 MnSO4－H2SO4－H2O 为体系的电解液中电解获得，其阳极反应式为：______________ 工业上采用间接氧化还原滴定法测定 MnO2 纯度，其操作过程如下：准确称量 0.920 0 g 该样品，与足量酸性 KI 溶液充分反应后，配制成 100 mL 溶液。取其中 10.00 mL，恰好与 25.00 mL 0.080 0 mol·L－1Na2S2O3溶液反应(I2 ＋2S 2O32-===2I-＋S 4O62-)。计算可得该样品纯度为_____%(保留三位有效数字)。

Answer 1

【答案】4H++2Fe2++MnO2=2Fe3++Mn2++2H2O 充分氧化 Fe2+ 4.3 CuS、ZnS Mn2++2H2O-2e-=4H++MnO2 94.5

【解析】

（1）根据FeSO4在反应条件下将MnO2还原为MnSO4，则Fe2+被氧化为Fe3+，故酸浸时生成硫酸锰、硫酸铁，根据元素守恒还有水生成；

（2）加入氨水搅拌加快反应速率，生成的氢氧化亚铁充分氧化，加入氨水需调节pH至少达到4.3，恰好能使Fe3＋、Al3＋沉淀完全；

（3）根据工艺流程及硫化物的Ksp判断；

（4）阳极发生氧化反应，锰由+2价变成+4价；样品中二氧化锰与足量酸性KI溶液充分反应后，MnO2+2I-+2H+=Mn2++I2+H2O，配制成100mL溶液．取其中10.00mL，恰好与25.00mL 0.0800molL-1Na2S2O3溶液反应（I2+2S2O32-═2I-+S4O62-），则得到：MnO2～I2～2S2O32-，据此分析计算。

软锰矿的主要成分为MnO2，还含有Si、Fe、Al、Zn和Cu等元素的化合物，硫酸亚铁在酸性条件下将MnO2还原为MnSO4，所以酸浸后的滤液中的金属阳离子主要是Mn2+、Fe3+、Al3+、Cu2+、Zn2+、Fe2+等，由离子开始沉淀及沉淀完全的pH可知，调节pH为4.3，将Fe3+、Al3+沉淀，加入硫化锰将Cu2+、Zn2+沉淀，滤液为硫酸锰溶液，再通过系列变化得到高纯度的二氧化锰。

（1）FeSO4在反应条件下将MnO2还原为MnSO4，Fe2+被氧化为Fe3+，故酸浸时生成硫酸锰、硫酸铁，根据元素守恒还有水生成，化学方程式为：2FeSO4+MnO2+2H2SO4=MnSO4+Fe2（SO4）3+2H2O，离子方程式为：4H++2Fe2++MnO2=2Fe3++Mn2++2H2O，故答案为：4H++2Fe2++MnO2=2Fe3++Mn2++2H2O。

（2）“氨水、搅拌”，其中“搅拌”不仅能加快反应速率，还能充分氧化过量的Fe2+；根据题中数据可知，当Fe3+恰好沉淀完全时，c（OH-）=（Ksp（Fe(OH)3）/c（Fe3+））1/3=（10－38/10-5）=10-11mol/L，则c（H+）=10-3mol/L，溶液的pH=3；当Al3+恰好沉淀完全时，c（OH-）=（Ksp（Al(OH)3）/c（Al3+））1/3=（10－34/10-5）=101/3×10-10mol/L，则c（H+）=101/3×10-4mol/L，溶液的pH=-lg（101/3×10-4）=4+1/3≈4.3，加入氨水需调节pH至少达到4.3，恰好能使Fe3+、Al3+沉淀完全，

故答案为：充分氧化过量的Fe2+；4.3。

（3）由题中硫化物的Ksp可知，加入MnS是为了生成溶解度更小的CuS、ZnS而除去Cu2+、Zn2+，滤渣B的成分是CuS、ZnS，

故答案为：CuS、ZnS。

（4）阳极发生氧化反应，锰由+2价变成+4价，电极反应为Mn2++2H2O-2e-=MnO2+4H+；

准确称量0.9200g该样品，与足量酸性KI溶液充分反应后，MnO2+2I-+2H+=Mn2++I2+H2O，配制成100mL溶液，取其中10.00mL，恰好与25.00mL0.0800molL-1Na2S2O3溶液反应（I2+2S2O32-═2I-+S4O62-），

则得到：MnO2～I2～2S2O32-，

1 2

n 0.02500L×0.0800molL-1×100mL/l0mL

解得：n=0.01mol

计算可得该样品MnO2纯度=0.01mol×87g/mol/0.9200g×100%=94.5%。

故答案为：Mn2+-2e-+2H2O═MnO2+4H+，94.5%。