Question

19．以菱錳礦（主要成分MnCO₃，含有鐵、鎳、鈷等的碳酸鹽雜質(zhì)）為原料生產(chǎn)金屬錳的工藝流程簡(jiǎn)化表示如下：
已知：
①M(fèi)nCO₃（s）+H₂SO₄（aq）?MnSO₄（aq）+CO₂（g）+H₂O（1）△H＜0
②Fe（OH）₃完全沉淀的pH為3.7，Mn（OH）₂、Co（OH）₂、Ni（OH）₂、Fe（OH）₂開始沉淀的pH均大于7
③25℃，K_sp（MnS）=2.5×10^-10，K_sp（CoS）=4×10^-21，K_sp（NiS）=3.2×10^-19
回答下列問題：
（1）酸浸時(shí)控制溫度為80～90℃，原因是溫度過低反應(yīng)速率小，溫度過高反應(yīng)①平衡逆向移動(dòng)，錳元素的浸出率降低．
（2）浸出液中先加入MnO₂的目的是氧化Fe²⁺，反應(yīng)的離子方程式為MnO₂+2Fe²⁺+4H⁺=Mn²⁺+2Fe³⁺+2H₂O，再加入氨水調(diào)節(jié)pH至5～6的作用是使Fe³⁺轉(zhuǎn)化為Fe（OH）₃沉淀．
（3）濾渣2的主要成分是CoS和NiS；利用（NH₄）₂S除雜易產(chǎn)生H₂S，危害生產(chǎn)人員的健康，可用二乙基二硫代氨基甲酸鈉（DDTC）代替（NH₄）₂S．
已知：25℃，K_sp[Ni（DDTC）₂]=7.94×10^-14，電解液中Ni²⁺的最大允許濃度為1.70×10^-5mol•L^-1，若某電解液中c（DDTC^-）=8.00×10^-5mol•L^-1，則該電解液中的c（Ni²⁺）是（填“是”、“否”）符合Ni²⁺的最大允許濃度要求．
（4）電解時(shí)，陰極發(fā)生主要反應(yīng)的電極反應(yīng)式為Mn²⁺+2e^-=Mn，由于發(fā)生副作用，陰極上會(huì)產(chǎn)生少量氣體，其分子式為H₂．
（5）為增強(qiáng)電解所得金屬錳的抗腐蝕性，可用3%的K₂Cr₂O₇酸性溶液鈍化處理，還原產(chǎn)物為Cr³⁺，假定鈍化層的化學(xué)成分為MnO_x，則該反應(yīng)的離子方程式為xCr₂O₇^2-+3Mn²⁺+8xH⁺=2xCr³⁺+3MnO_x+4xH₂O．

Answer 1

分析 向碳酸錳礦（主要成分為MnCO₃，還含有鐵、鎳、鈷等碳酸鹽雜質(zhì)）中加入硫酸，可以發(fā)生反應(yīng)生成硫酸鹽，向其中就如具有氧化性的二氧化錳，可以將亞鐵離子氧化為鐵離子，調(diào)節(jié)pH可以將氫氧化鐵沉淀下來，向?yàn)V液中加入硫化銨，可以將鎳離子、鈷離子形成硫化物沉淀下來，最后對(duì)得到的含有錳離子的鹽電解，可以得到金屬錳，
（1）溫度控制是為了獲得較大的反應(yīng)速率，同時(shí)避免反應(yīng)①逆向進(jìn)行有效錳的浸出率；
（2）據(jù)得失電子守恒有MnO₂+2Fe²⁺--Mn²⁺+2Fe³⁺，再據(jù)電荷守恒有MnO₂+2Fe²⁺+4H⁺--Mn²⁺+2Fe³⁺，最后據(jù)原子守恒得MnO₂+2Fe²⁺+4H⁺=Mn²⁺+2Fe³⁺+2H₂O；
（3）由于在第一次過濾之后的濾液中含有Mn²⁺、Ni²⁺、Co²⁺，向其中加入（NH₄）₂S，根據(jù)各物質(zhì)的溶度積常數(shù)可確定有CoS和NiS沉淀（濾渣2）生成；
（4）由于第二次過濾后的濾液中主要含有NiSO₄，電解該溶液時(shí)Ni²⁺在陰極上被還原：Mn²⁺+2e^-=Mn，陰極上會(huì)產(chǎn)生少量氣體是溶液中氫離子得到電子生成氫氣；
（5）用3%的K₂Cr₂O₇酸性溶液鈍化處理，還原產(chǎn)物為Cr³⁺，假定鈍化層的化學(xué)成分為MnO_x，發(fā)生的反應(yīng)是重鉻酸鉀氧化錳離子生成MnO_x，結(jié)合電荷守恒和原子守恒配平書寫離子方程式．

解答 解：（1）酸浸時(shí)控制溫度為80～90℃，原因是溫度過低反應(yīng)速率小，溫度過高反應(yīng)①平衡逆向移動(dòng)，錳元素的浸出率降低，
故答案為：溫度過低反應(yīng)速率小，溫度過高反應(yīng)①平衡逆向移動(dòng)，錳元素的浸出率降低；
（2）步驟Ⅱ中，MnO₂在酸性條件下可將Fe²⁺離子氧化為Fe³⁺，反應(yīng)的離子方程式是據(jù)得失電子守恒有MnO₂+2Fe²⁺-Mn²⁺+2Fe³⁺，再據(jù)電荷守恒有MnO₂+2Fe²⁺+4H⁺-Mn²⁺+2Fe³⁺，最后據(jù)原子守恒得，MnO₂+2Fe²⁺+4H⁺=Mn²⁺+2Fe³⁺+2H₂O，再加入氨水調(diào)節(jié)pH至5～6的作用是沉淀鐵離子生成氫氧化鐵沉淀，
故答案為：MnO₂+2Fe²⁺+4H⁺=Mn²⁺+2Fe³⁺+2H₂O；使Fe³⁺轉(zhuǎn)化為Fe（OH）₃沉淀；
（3）由于在第一次過濾之后的濾液中含有Mn²⁺、Ni²⁺、Co²⁺，向其中加入（NH₄）₂S，根據(jù)各物質(zhì)的溶度積常數(shù)可確定有CoS和NiS沉淀（濾渣2）生成；
故答案為：CoS和NiS；
（4）由于第二次過濾后的濾液中主要含有NiSO₄，電解該溶液時(shí)Ni²⁺在陰極上被還原：Mn²⁺+2e^-=Mn，陰極上溶液中的氫離子得到電子生成氫氣，
故答案為：Mn²⁺+2e^-=Mn；H₂；
（5）用3%的K₂Cr₂O₇酸性溶液鈍化處理，還原產(chǎn)物為Cr³⁺，假定鈍化層的化學(xué)成分為MnO_x，發(fā)生的反應(yīng)是重鉻酸鉀氧化錳離子生成MnO_x，結(jié)合電荷守恒和原子守恒配平書寫離子方程式為：xCr₂O₇^2-+3Mn²⁺+8xH⁺=2xCr³⁺+3MnO_x+4xH₂O，
故答案為：xCr₂O₇^2-+3Mn²⁺+8xH⁺=2xCr³⁺+3MnO_x+4xH₂O．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了物質(zhì)分離提純的過程分析，主要是物質(zhì)性質(zhì)、反應(yīng)條件、產(chǎn)物判斷、除雜實(shí)驗(yàn)方法等知識(shí)點(diǎn)，題目難度中等．