题目内容
【题目】四氧化三锰(Mn3O4)广泛应用于生产软磁材料、催化材料制备领域。一种以低品位锰矿(含MnCO3、Mn2O3、MnOOH及少量Fe2O3、Al2O3、SiO2)为原料生产Mn3O4的工艺流程如图:
已知:
回答下列问题:
(1) MnOOH中Mn元素的化合价为________。
(2)“溶浸”中H2O2的作用是________。
(3)“滤渣2”的主要成分有________。
(4)“母液”中溶质的主要成分是________,循环利用该物质的方案是________。
(5)“氧化”时,将固体加入水中,70℃水浴加热,通空气氧化,将固体全部转化为Mn3O4。Mn(OH)2生成Mn3O4反应的化学方程式为________。反应后溶液的________(填“增大”、“减小”或“不变”)。
【答案】+3 将+3价Mn元素还原成Mn2+ Fe(OH)3、Al(OH)3 (NH4)2SO4 加热到213~308℃分解生成氨气和NH4HSO4,分别循环到沉锰和溶浸中或加H2SO4生成NH4HSO4循环到溶浸中 减小
【解析】
锰矿粉(含MnCO3、Mn2O3、MnOOH及少量Fe2O3、Al2O3、SiO2)加入NH4HSO4、H2O2溶浸,MnCO3、Mn2O3、MnOOH转化为Mn2+,Fe2O3、Al2O3转化为Fe3+、Al3+,SiO2不溶而成滤渣1;加入Mn(OH)2调节pH=5,此时Fe3+、Al3+转化为Fe(OH)3、Al(OH)3,成滤渣2;加入氨水沉锰,此时锰转化为Mn(OH)2、Mn2(OH)2SO4,通空气氧化,70℃水浴加热,即得到Mn3O4。
(1)MnOOH中O元素为-2价,H元素为+1价,根据正负化合价代数和为0计算,Mn的化合价为+3价;
(2)“溶浸”中,有一部分Mn由+3价降为+2价,所以H2O2的作用是将+3价的Mn还原为Mn2+;
(3)由上述分析可知,“滤渣2”的主要成分为Fe(OH)3、Al(OH)3;
(4)由上述分析,“母液”溶质为(NH4)2SO4,循环利用该物质的方案是:加热到213~308℃分解生成氨气和NH4HSO4,分别循环到沉锰和溶浸中或加H2SO4生成NH4HSO4循环到溶浸中;
(5)氧化时,Mn(OH)2利用70℃水浴加热,通空气氧化,生成Mn3O4,反应方程式为,Mn(OH)2呈碱性,Mn3O4难溶于水,反应结束后Mn(OH)2的浓度降低,所以反应后溶液pH减小。