Question

15．金屬錳主要用于高級合金的添加劑．以高鐵菱錳礦（主要含MnCO₃、FeCO₃以及鈷、鎳等碳酸鹽雜質(zhì)、SiO₂等）為原料制取金屬錳的工藝流程如下：

下表列出了部分化合物的溶度積常數(shù)

物質(zhì)	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）寫出MnCO₃溶浸時反應(yīng)的化學(xué)方程式MnCO₃+H₂SO₄=MnSO₄+CO₂↑+H₂O．濾渣Ⅰ的主要成分為SiO₂（填化學(xué)式）．
（2）寫出氧化時反應(yīng)的離子方程式MnO₂+4H+2Fe²⁺=Mn²⁺+2Fe³⁺+2H₂O．
（3）加氨水調(diào)節(jié)溶液的pH至5.0～6.0，濾渣Ⅱ的主要成分為Fe（OH）₃（填化學(xué)式），若溶液的pH偏高，將會導(dǎo)致溶液中錳元素的含量降低．
（4）若除雜后，溶液中Co²⁺、Ni²⁺的濃度均為1.0×10^-5 mol•L^-1，則c（S^2-）_最大=10^-17mol•L^-1．
（5）電解時陰極電極反應(yīng)式為Mn²⁺+2e^-=Mn．

Answer 1

分析 高鐵菱錳礦（主要含MnCO₃、FeCO₃以及鈷、鎳等碳酸鹽雜質(zhì)、SiO₂等），用硫酸酸浸，碳酸鹽與硫酸反應(yīng)，SiO₂不與鹽酸反應(yīng)，過濾得到濾渣1為SiO₂，濾液1中含有硫酸錳、硫酸亞鐵、硫酸鎳、硫酸鈷及剩余的硫酸，向濾液中加入二氧化錳，可以將亞鐵離子氧化為鐵離子，加入氨水調(diào)節(jié)溶液pH，使Fe³⁺轉(zhuǎn)化為Fe（OH）₃沉淀，所以濾渣Ⅱ為Fe（OH）₃，過濾除去，向濾液中加入硫化銨，可以將鎳離子、鈷離子形成硫化物沉淀下來，最后對得到的硫酸錳溶液電解，可以得到金屬錳和硫酸，硫可以再循環(huán)利用，對高鐵菱錳礦進(jìn)行酸溶，據(jù)此答題．

解答 解：高鐵菱錳礦（主要含MnCO₃、FeCO₃以及鈷、鎳等碳酸鹽雜質(zhì)、SiO₂等），用硫酸酸浸，碳酸鹽與硫酸反應(yīng)，SiO₂不與鹽酸反應(yīng)，過濾得到濾渣1為SiO₂，濾液1中含有硫酸錳、硫酸亞鐵、硫酸鎳、硫酸鈷及剩余的硫酸，向濾液中加入二氧化錳，可以將亞鐵離子氧化為鐵離子，加入氨水調(diào)節(jié)溶液pH，使Fe³⁺轉(zhuǎn)化為Fe（OH）₃沉淀，所以濾渣Ⅱ為Fe（OH）₃，過濾除去，向濾液中加入硫化銨，可以將鎳離子、鈷離子形成硫化物沉淀下來，最后對得到的硫酸錳溶液電解，可以得到金屬錳和硫酸，硫可以再循環(huán)利用，對高鐵菱錳礦進(jìn)行酸溶，
（1）根據(jù)上面的分析可知，MnCO₃溶浸時反應(yīng)的化學(xué)方程式為MnCO₃+H₂SO₄=MnSO₄+CO₂↑+H₂O，濾渣Ⅰ的主要成分為 SiO₂，
故答案為：MnCO₃+H₂SO₄=MnSO₄+CO₂↑+H₂O； SiO₂；
（2）氧化時二氧化錳被亞鐵離子還原成錳離子，亞鐵離子被氧化成鐵離子，反應(yīng)的離子方程式 為MnO₂+4H+2Fe²⁺=Mn²⁺+2Fe³⁺+2H₂O，
故答案為：MnO₂+4H+2Fe²⁺=Mn²⁺+2Fe³⁺+2H₂O；
（3）加氨水調(diào)節(jié)溶液的pH至5.0～6.0，濾渣Ⅱ的主要成分為Fe（OH）₃，若溶液的pH偏高，錳離子會形成氫氧化錳沉淀，會導(dǎo)致溶液中錳元素的含量降低，
故答案為：Fe（OH）₃；溶液中錳元素的含量降低；
（4）由于CoS的K_sp大于NiS的K_sp，所以溶液中硫離子的濃度最大值按鎳離子計算，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，
故答案為：10^-17；
（5）電解硫酸錳溶液時，陰極上是錳離子得電子生成錳單質(zhì)，電極反應(yīng)式為Mn²⁺+2e^-=Mn，
故答案為：Mn²⁺+2e^-=Mn．

點評 本題物質(zhì)制備實驗，明確原理是解題關(guān)鍵，是對學(xué)生綜合能力的考查，需要學(xué)生具備扎實的基礎(chǔ)，難度中等．