Question

19．以菱锰矿（主要成分MnCO₃，含有铁、镍、钴等的碳酸盐杂质）为原料生产金属锰的工艺流程简化表示如下：
已知：
①MnCO₃（s）+H₂SO₄（aq）?MnSO₄（aq）+CO₂（g）+H₂O（1）△H＜0
②Fe（OH）₃完全沉淀的pH为3.7，Mn（OH）₂、Co（OH）₂、Ni（OH）₂、Fe（OH）₂开始沉淀的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
回答下列问题：
（1）酸浸时控制温度为80～90℃，原因是温度过低反应速率小，温度过高反应①平衡逆向移动，锰元素的浸出率降低．
（2）浸出液中先加入MnO₂的目的是氧化Fe²⁺，反应的离子方程式为MnO₂+2Fe²⁺+4H⁺=Mn²⁺+2Fe³⁺+2H₂O，再加入氨水调节pH至5～6的作用是使Fe³⁺转化为Fe（OH）₃沉淀．
（3）滤渣2的主要成分是CoS和NiS；利用（NH₄）₂S除杂易产生H₂S，危害生产人员的健康，可用二乙基二硫代氨基甲酸钠（DDTC）代替（NH₄）₂S．
已知：25℃，K_sp[Ni（DDTC）₂]=7.94×10^-14，电解液中Ni²⁺的最大允许浓度为1.70×10^-5mol•L^-1，若某电解液中c（DDTC^-）=8.00×10^-5mol•L^-1，则该电解液中的c（Ni²⁺）是（填“是”、“否”）符合Ni²⁺的最大允许浓度要求．
（4）电解时，阴极发生主要反应的电极反应式为Mn²⁺+2e^-=Mn，由于发生副作用，阴极上会产生少量气体，其分子式为H₂．
（5）为增强电解所得金属锰的抗腐蚀性，可用3%的K₂Cr₂O₇酸性溶液钝化处理，还原产物为Cr³⁺，假定钝化层的化学成分为MnO_x，则该反应的离子方程式为xCr₂O₇^2-+3Mn²⁺+8xH⁺=2xCr³⁺+3MnO_x+4xH₂O．

Answer 1

分析 向碳酸锰矿（主要成分为MnCO₃，还含有铁、镍、钴等碳酸盐杂质）中加入硫酸，可以发生反应生成硫酸盐，向其中就如具有氧化性的二氧化锰，可以将亚铁离子氧化为铁离子，调节pH可以将氢氧化铁沉淀下来，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，最后对得到的含有锰离子的盐电解，可以得到金属锰，
（1）温度控制是为了获得较大的反应速率，同时避免反应①逆向进行有效锰的浸出率；
（2）据得失电子守恒有MnO₂+2Fe²⁺--Mn²⁺+2Fe³⁺，再据电荷守恒有MnO₂+2Fe²⁺+4H⁺--Mn²⁺+2Fe³⁺，最后据原子守恒得MnO₂+2Fe²⁺+4H⁺=Mn²⁺+2Fe³⁺+2H₂O；
（3）由于在第一次过滤之后的滤液中含有Mn²⁺、Ni²⁺、Co²⁺，向其中加入（NH₄）₂S，根据各物质的溶度积常数可确定有CoS和NiS沉淀（滤渣2）生成；
（4）由于第二次过滤后的滤液中主要含有NiSO₄，电解该溶液时Ni²⁺在阴极上被还原：Mn²⁺+2e^-=Mn，阴极上会产生少量气体是溶液中氢离子得到电子生成氢气；
（5）用3%的K₂Cr₂O₇酸性溶液钝化处理，还原产物为Cr³⁺，假定钝化层的化学成分为MnO_x，发生的反应是重铬酸钾氧化锰离子生成MnO_x，结合电荷守恒和原子守恒配平书写离子方程式．

解答 解：（1）酸浸时控制温度为80～90℃，原因是温度过低反应速率小，温度过高反应①平衡逆向移动，锰元素的浸出率降低，
故答案为：温度过低反应速率小，温度过高反应①平衡逆向移动，锰元素的浸出率降低；
（2）步骤Ⅱ中，MnO₂在酸性条件下可将Fe²⁺离子氧化为Fe³⁺，反应的离子方程式是据得失电子守恒有MnO₂+2Fe²⁺-Mn²⁺+2Fe³⁺，再据电荷守恒有MnO₂+2Fe²⁺+4H⁺-Mn²⁺+2Fe³⁺，最后据原子守恒得，MnO₂+2Fe²⁺+4H⁺=Mn²⁺+2Fe³⁺+2H₂O，再加入氨水调节pH至5～6的作用是沉淀铁离子生成氢氧化铁沉淀，
故答案为：MnO₂+2Fe²⁺+4H⁺=Mn²⁺+2Fe³⁺+2H₂O；使Fe³⁺转化为Fe（OH）₃沉淀；
（3）由于在第一次过滤之后的滤液中含有Mn²⁺、Ni²⁺、Co²⁺，向其中加入（NH₄）₂S，根据各物质的溶度积常数可确定有CoS和NiS沉淀（滤渣2）生成；
故答案为：CoS和NiS；
（4）由于第二次过滤后的滤液中主要含有NiSO₄，电解该溶液时Ni²⁺在阴极上被还原：Mn²⁺+2e^-=Mn，阴极上溶液中的氢离子得到电子生成氢气，
故答案为：Mn²⁺+2e^-=Mn；H₂；
（5）用3%的K₂Cr₂O₇酸性溶液钝化处理，还原产物为Cr³⁺，假定钝化层的化学成分为MnO_x，发生的反应是重铬酸钾氧化锰离子生成MnO_x，结合电荷守恒和原子守恒配平书写离子方程式为：xCr₂O₇^2-+3Mn²⁺+8xH⁺=2xCr³⁺+3MnO_x+4xH₂O，
故答案为：xCr₂O₇^2-+3Mn²⁺+8xH⁺=2xCr³⁺+3MnO_x+4xH₂O．

点评 本题考查了物质分离提纯的过程分析，主要是物质性质、反应条件、产物判断、除杂实验方法等知识点，题目难度中等．