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【题目】硫酸锰是一种重要的化工中间体,是锰行业研究的热点。一种以高硫锰矿(主要成分为含锰化合物及FeS)为原料制备硫酸锰的工艺流程如下:

已知:①“混合焙烧”后烧渣含MnSO4、Fe2O3及少量FeO、Al2O3、MgO。

②金属离子在水溶液中的平衡浓度与pH的关系如图所示(25℃):

③此实验条件下Mn2+开始沉淀的pH为7.54;离子浓度≤10-5mol·L-1时,离子沉淀完全。

请回答:

(1)传统工艺处理高硫锰矿时,不经“混合焙烧”,而是直接用H2SO4浸出,其缺点为___________

(2)“氧化”时,发生反应的离子方程式为_________________________________。若省略“氧化”步骤,造成的后果是_________________________________

(3)“中和除杂”时,生成沉淀的主要成分为______________________(填化学式)。

(4)“氟化除杂”时,若使溶液中的Mg2+和Ca2+沉淀完全,需维持c(F)不低于___________。(已知:Ksp(MgF2)=6.4×10-10;Ksp(CaF2)=3.6×10-12)

(5)“碳化结晶”时,发生反应的离子方程式为______________________

(6)“系列操作”指___________、过滤、洗涤、干燥

(7)用惰性电极电解MnSO4溶液可制备MnO2,电解过程中阳极的电极反应式为___________

【答案】产生硫化氢等气体,污染环境 MnO2+2Fe2++4H+=2Fe3++Mn2++2H2O Fe2+与Mn2+沉淀区有重叠,造成Mn2+损失(或Fe2+去除不完全,影响产品纯度) Fe(OH)3、Al(OH)3 8×10﹣3 molL﹣1 Mn2++2HCO3-=MnCO3↓+CO2↑+H2O 蒸发浓缩、冷却结晶 Mn2++2H2O﹣2e=MnO2+4H+

【解析】

高硫锰矿(主要成分为含锰化合物及FeS)与氧化锰矿混合焙烧,得到MnSO4Fe2O3及少量FeOAl2O3MgO,加入硫酸,得到Mn2+Fe2+Fe3+Mg2+Al3+的酸性溶液,加入二氧化锰将亚铁离子氧化为铁离子便于除去,再加入碳酸钙中和,将铁离子与铝离子以氢氧化物的形式除去,加入MnF2除杂,使溶液中的Mg2+沉淀完全,此时溶液中的金属离子为锰离子,加入碳酸氢铵发生Mn2++2 HCO3-=MnCO3↓+CO2↑+H2O,加入硫酸溶解碳酸锰,经过蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥得到硫酸锰的水合物,据此分析解答。

(1)高锰矿含有FeS,传统工艺处理高硫锰矿时,不经混合焙烧,而是直接用H2SO4浸出,产生硫化氢等气体,污染环境;故答案为:产生硫化氢等气体,污染环境;

(2)氧化时用二氧化锰氧化亚铁离子,离子方程式为:MnO2+2Fe2++4H+2Fe3++Mn2++2H2O;若省略氧化步骤,根据图表Fe2+Mn2+沉淀区有重叠,造成Mn2+损失(Fe2+去除不完全,影响产品纯度);故答案为:MnO2+2Fe2++4H+2Fe3++Mn2++2H2OFe2+Mn2+沉淀区有重叠,造成Mn2+损失(Fe2+去除不完全,影响产品纯度)

(3)“中和除杂时,碳酸钙与铁离子、铝离子水解产生的H+反应,从而促进了水解平衡向正向移动,得到Fe(OH)3Al(OH)3沉淀,故答案为:Fe(OH)3Al(OH)3

(4)已知:Ksp(MgF2)6.4×1010,若使溶液中的Mg2+沉淀完全,需维持c(F)不低于mol/L8×103 molL1;故答案为:8×103 molL1

(5)“碳化结晶时,发生反应的离子方程式为:Mn2++2HCO3-MnCO3↓+CO2↑+H2O,故答案为:Mn2++2HCO3-MnCO3↓+CO2↑+H2O

(6)硫酸锰溶液经过蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥得到硫酸锰的水合物,故答案为:蒸发浓缩、冷却结晶;

(7)用惰性电极电解MnSO4溶液可制备MnO2,电解过程中阳极发生氧化反应,元素化合价升高,故为硫酸锰失去电子生成二氧化锰,电极反应式为Mn2++2H2O2eMnO2+4H+,故答案为:Mn2++2H2O2eMnO2+4H+

练习册系列答案
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