Question

18．二氧化锰是一次电池制造的基本材料．工业上以软锰矿为原料制备高纯二氧化锰的流程如下：

某软锰矿的主要成分为MnO₂，还含有Si（16.72%）、Fe（5.86%）、Al（3.42%）、Zn（2.68%）和Cu（0.86%）等元素的化合物．部分阳离子以氢氧化物或硫化物的形式完全沉淀时溶液的pH见下表，回答下列问题：

沉淀物	Al（OH）3	Fe（OH）3	Fe（OH）2	Mn（OH）2	Cu（OH）2	Zn（OH）2	CuS	ZnS	MnS	FeS
pH	5.2	3.2	9.7	10.4	6.7	8.0	≥-0.42	≥2.5	≥7	≥7

（1）硫酸亚铁在酸性条件下将MnO₂还原为MnSO₄，酸浸时发生的主要反应的化学方程式为2FeSO₄+MnO₂+2H₂SO₄=MnSO₄+Fe₂（SO₄）₃+2H₂O．
（2）滤渣B的主要成分有Fe（OH）₃和Al（OH）₃．
（3）加入MnS的目的是除去Cu²⁺、Zn²⁺杂质．

Answer 1

分析 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5.4，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）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）由题目信息可知，酸浸后的过滤液中含有Mn²⁺、Fe³⁺、Al³⁺、Cu²⁺、Zn²⁺、Fe²⁺，结合题中阳离子以氢氧化物形式完全沉淀时溶液的pH进行判断．
（3）根据工艺流程及硫化物的K_sp判断．

解答 解：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5.4，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）根据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，反应方程式为2FeSO₄+MnO₂+2H₂SO₄=MnSO₄+Fe₂（SO₄）₃+2H₂O，
故答案为：2FeSO₄+MnO₂+2H₂SO₄=MnSO₄+Fe₂（SO₄）₃+2H₂O；
（2）酸浸后的过滤液中含有Mn²⁺、Fe³⁺、Al³⁺、Cu²⁺、Zn²⁺、Fe²⁺，加氨水调pH至5.4，结合题中阳离子以氢氧化物形式完全沉淀时溶液的pH可知，Fe³⁺、Al³⁺完全转化为Fe（OH）₃和Al（OH）₃沉淀，其它离子不沉淀，故滤渣B的主要成分为Fe（OH）₃和Al（OH）₃，
故答案为：Fe（OH）₃和Al（OH）₃；
（3）根据题中硫化物的K_sp可知，加入MnS是为了生成溶解度更小的CuS、ZnS而除去Cu²⁺、Zn²⁺，
故答案为：Cu²⁺、Zn²⁺．

点评 本题考查学生对元素及其化合物的主要性质的掌握、书写电极反应方程式、阅读题目获取新信息能力、对工艺流程的理解等，难度中等，需要学生具备扎实的基础与综合运用知识、信息分析解决问题能力．