Question

工业上以软锰矿为原料，利用硫酸亚铁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（16.27%）、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．

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

回答下列问题：
（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离子方程式为

 

．
（2）调节pH时不用氢氧化钠原因是：

 

，理论上，调节pH的最小值为

 

，滤渣B的主要成分是

 

．
（3）加入MnS的目的是除去

 

杂质．
（4）碱性锌锰电池中，MnO₂参与的电极反应方程式为

 

．回收废旧碱性锰电池中的锰，可向含锰混合物中加入一定量的稀硫酸、稀草酸，并不断搅拌至无气泡为止，其主要反应为：2MnO（OH）+MnO₂+2H₂C₂O₄+3H₂SO₄=3MnSO₄+4CO₂↑+6H₂O，该方法的优点是

 

．

Answer 1

分析：（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）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）加入MnS后，因为酸性条件下CuS、ZnS更难溶所以会转化为CuS、ZnS沉淀而除去Cu²⁺、Zn²⁺；
（4）由碱性锌锰干电池的电池反应式可知，Zn作负极，MnO₂得电子作正极，生成MnOOH，由电荷守恒可知还生成OH^-，由元素守恒可知，还有水参与反应，据此写出MnO₂参与的电极反应方程式为；从工艺流程是否简单、反应产物是否产生污染物等方面进行分析．

解答：解：（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：2Fe²⁺+MnO₂+4H⁺=Mn²⁺+2Fe³⁺+2H₂O，
故答案为：2Fe²⁺+MnO₂+4H⁺=Mn²⁺+2Fe³⁺+2H₂O；
（2）酸浸后的过滤液中含有Mn²⁺、Fe³⁺、Al³⁺、Cu²⁺、Zn²⁺、Fe²⁺，若使用氢氧化钠溶液，会使铝离子反应生成偏铝酸根离子，无法生成沉淀，锰离子与氢氧根离子反应生成氢氧化锰沉淀；铝离子完全沉淀时溶液的pH=5.2，铁离子完全沉淀时溶液pH=3.2，所以调节溶液的最小pH为5.2；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A的主要成分为Fe（OH）₃和Al（OH）₃，
故答案为：氢氧化钠会使氢氧化铝溶解、使锰离子沉淀；5.2；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⁺；
（4）碱性锌锰干电池中Zn作负极，则MnO₂作正极得电子，其电极反应式应为MnO₂+H₂O+e^-=MnOOH+OH^-；根据反应方程式可知，该方法的优点为：工艺流程简单；生成二氧化碳和水不影响硫酸锰的纯度；反应过程中无有毒物质生成，不会造成二次污染等，
故答案为：MnO₂+H₂O+e^-=MnOOH+OH^-；工艺流程简单；生成二氧化碳和水不影响硫酸锰的纯度；反应过程中无有毒物质生成，不会造成二次污染等．

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．