Question

15．金属锰主要用于高级合金的添加剂．以高铁菱锰矿（主要含MnCO₃、FeCO₃以及钴、镍等碳酸盐杂质、SiO₂等）为原料制取金属锰的工艺流程如下：

下表列出了部分化合物的溶度积常数

物质	Fe（OH）3	Mn（OH）2	Co（OH）2	Ni（OH）2	MnS	CoS	NiS
Ksp	4.0×10-38	2.0×10-13	3.0×10-16	5.0×10-16	1.0×10-11	5.0×10-22	1.0×10-22

（1）写出MnCO₃溶浸时反应的化学方程式MnCO₃+H₂SO₄=MnSO₄+CO₂↑+H₂O．滤渣Ⅰ的主要成分为SiO₂（填化学式）．
（2）写出氧化时反应的离子方程式MnO₂+4H+2Fe²⁺=Mn²⁺+2Fe³⁺+2H₂O．
（3）加氨水调节溶液的pH至5.0～6.0，滤渣Ⅱ的主要成分为Fe（OH）₃（填化学式），若溶液的pH偏高，将会导致溶液中锰元素的含量降低．
（4）若除杂后，溶液中Co²⁺、Ni²⁺的浓度均为1.0×10^-5 mol•L^-1，则c（S^2-）_最大=10^-17mol•L^-1．
（5）电解时阴极电极反应式为Mn²⁺+2e^-=Mn．

Answer 1

分析 高铁菱锰矿（主要含MnCO₃、FeCO₃以及钴、镍等碳酸盐杂质、SiO₂等），用硫酸酸浸，碳酸盐与硫酸反应，SiO₂不与盐酸反应，过滤得到滤渣1为SiO₂，滤液1中含有硫酸锰、硫酸亚铁、硫酸镍、硫酸钴及剩余的硫酸，向滤液中加入二氧化锰，可以将亚铁离子氧化为铁离子，加入氨水调节溶液pH，使Fe³⁺转化为Fe（OH）₃沉淀，所以滤渣Ⅱ为Fe（OH）₃，过滤除去，向滤液中加入硫化铵，可以将镍离子、钴离子形成硫化物沉淀下来，最后对得到的硫酸锰溶液电解，可以得到金属锰和硫酸，硫可以再循环利用，对高铁菱锰矿进行酸溶，据此答题．

解答 解：高铁菱锰矿（主要含MnCO₃、FeCO₃以及钴、镍等碳酸盐杂质、SiO₂等），用硫酸酸浸，碳酸盐与硫酸反应，SiO₂不与盐酸反应，过滤得到滤渣1为SiO₂，滤液1中含有硫酸锰、硫酸亚铁、硫酸镍、硫酸钴及剩余的硫酸，向滤液中加入二氧化锰，可以将亚铁离子氧化为铁离子，加入氨水调节溶液pH，使Fe³⁺转化为Fe（OH）₃沉淀，所以滤渣Ⅱ为Fe（OH）₃，过滤除去，向滤液中加入硫化铵，可以将镍离子、钴离子形成硫化物沉淀下来，最后对得到的硫酸锰溶液电解，可以得到金属锰和硫酸，硫可以再循环利用，对高铁菱锰矿进行酸溶，
（1）根据上面的分析可知，MnCO₃溶浸时反应的化学方程式为MnCO₃+H₂SO₄=MnSO₄+CO₂↑+H₂O，滤渣Ⅰ的主要成分为 SiO₂，
故答案为：MnCO₃+H₂SO₄=MnSO₄+CO₂↑+H₂O； SiO₂；
（2）氧化时二氧化锰被亚铁离子还原成锰离子，亚铁离子被氧化成铁离子，反应的离子方程式 为MnO₂+4H+2Fe²⁺=Mn²⁺+2Fe³⁺+2H₂O，
故答案为：MnO₂+4H+2Fe²⁺=Mn²⁺+2Fe³⁺+2H₂O；
（3）加氨水调节溶液的pH至5.0～6.0，滤渣Ⅱ的主要成分为Fe（OH）₃，若溶液的pH偏高，锰离子会形成氢氧化锰沉淀，会导致溶液中锰元素的含量降低，
故答案为：Fe（OH）₃；溶液中锰元素的含量降低；
（4）由于CoS的K_sp大于NiS的K_sp，所以溶液中硫离子的浓度最大值按镍离子计算，所以c（S^2-）_最大=$\frac{K{\;}_{sp（NiS）}}{c{\;}_{（N{i}^{2+}）}}$=$\frac{1.0×10{\;}^{-22}}{1.0×10{\;}^{-5}}$ mol•L^-1=10^-17mol•L^-1，
故答案为：10^-17；
（5）电解硫酸锰溶液时，阴极上是锰离子得电子生成锰单质，电极反应式为Mn²⁺+2e^-=Mn，
故答案为：Mn²⁺+2e^-=Mn．

点评 本题物质制备实验，明确原理是解题关键，是对学生综合能力的考查，需要学生具备扎实的基础，难度中等．