下面是某科研小組利用廢鐵屑還原浸出軟錳礦(主要成分為MnO2)製備硫*錳及電解其溶液制錳的工藝流程圖:已知:①...
問題詳情:
下面是某科研小組利用廢鐵屑還原浸出軟錳礦(主要成分為MnO2)製備硫*錳及電解其溶液制錳的工藝流程圖:
已知:①浸出液中主要含有Fe3+、Fe2+、Co2+、Ni2+等雜質金屬離子;
②生成*氧化物的pH見下表:
物質 | Fe(OH)2 | Fe(OH)3 | Ni(OH)2 | Co(OH)2 | Mn(OH)2 |
開始沉澱的pH | 7.5 | 2.7 | 7.7 | 7.6 | 8.3 |
完全沉澱的pH | 9.7 | 3.7 | 8.4 | 8.2 | 9.8 |
請回答下列問題:
(1)“*浸”前將原料粉碎的目的是____。
(2)流程圖中“①加入MnO2”的作用____,MnO2還可以用其他試劑____(填化學式)代替。
(3)流程圖中“②調節pH”可以除去某種金屬離子,應將溶液pH調節控制的範圍是___~7.6。上述流程中,能循環使用的一種物質是___(填化學式)。
(4)向濾液Ⅰ中加入MnS的作用是除去Co2+、Ni2+等離子,其中可以發生反應為MnS(s)+Ni2+(aq)=NiS(s)+Mn2+(aq)等。當該反應完全後,濾液2中的Mn2+與Ni2+的物質的量濃度之比是___[已知Ksp(MnS)=2.8×10-10,Ksp(NiS)=2.0×10-21]。
(5)在適當條件下,在MnSO4、H2SO4和H2O為體系的電解液中電解也可獲得MnO2,其陽極電極反應式為____。
(6)層狀鎳鈷錳三元材料可作為鋰離子電池正極材料,其化學式為LiNixCoyMnzO2,其中Ni、Co、Mn的化合價分別為+2、+3、+4。當x=y=時,z=___。
【回答】
(1). 增大反應物的接觸面積,增大反應速率 (2). 將浸出液中的Fe2+氧化為Fe3+ (3). H2O2 (4). 3.7 (5). H2SO4 (6). 1.4×1011 (7). Mn2++2H2O-2e-=MnO2+4H+ (8).
【解析】
用軟錳礦還原*浸製取硫*錳電解液並進一步提鍊金屬錳,軟錳礦和廢鐵屑加入過量硫*浸出,過濾,浸出液中主要含有Fe3+、Fe2+、Co2+、Ni2+等金屬離子,加入MnO2的作用是將浸出液中的Fe2+氧化為Fe3+,同時自身被還原為Mn2+,加入氨水調節溶液的pH以除去鐵離子,過濾後的濾液中加入MnS淨化除去Co2+、Ni2+等,過濾得到濾液電解得到金屬錳和陽極液,陽極液中的硫*循環使用,濾渣2為MnS、CoS、NiS,據此分析解題。
【詳解】(1)“*浸”前將原料粉碎,增大了反應物的接觸面積,從而加快反應速率;
(2)流程圖中“①加入MnO2”的作用是將浸出液中的Fe2+氧化為Fe3+,同時自身被還原為Mn2+,MnO2作氧化劑,可以用試劑H2O2代替;
(3)流程圖中“②調節pH”可以除去鐵離子,由表中數據可知:Fe3+完全沉澱時的溶液pH=3.7,則應將溶液pH調節控制的範圍是3.7~7.6;上述工藝中,能循環使用的一種物質是電解過程中陽極液含的H2SO4;
(4)Ksp(MnS)=2.8×10-10,Ksp(NiS)=2.0×10-21],沉澱轉化的方程式為:MnS+Ni2+=NiS+Mn2+,則Mn2+與Ni2+離子的物質的量濃度之比=c(Mn2+):c(Ni2+)=Ksp(MnS):Ksp(NiS)=2.8×10-10:2.0×10-21=1.4×1011;
(5)在適當條件下,在MnSO4電解在陽極失去電子獲得MnO2,其陽極電極反應式為:Mn2++2H2O-2e-═MnO2 +4H+;
(6)層狀鎳鈷錳三元材料可作為鋰離子電池正極材料,其化學式為LiNixCoyMnzO2,其中Ni、Ni、Co、Mn的化合價分別為+2、+3、+4.當x=y=時,該化合物中各元素的化合價代數和為0,+1+(+2)×+(+3)×+(+4)×z+(-2)×2=0,z=。
知識點:電離平衡 水解平衡
題型:綜合題