Question

工业上利用软锰矿（主要成分为MnO₂）用来制备“锰白”（MnCO₃）和电极材料锰酸锂（LiO₂·2MnO₂·Mn₂O₃），期其工艺流程如下：

（1）“浸出”过程中SO₂作用是__________。

（2）为使原料充分利用，滤液中c（Mn²⁺）应当小于__________mol·L^-1。已知：常温下MnCO₃的Kap=9.0×10^-12。

（3）写出软锰矿与Li₂CO₃发生“高温还原”的化学方程式：____________。

（4）锰酸锂（（LiO₂·2MnO₂·Mn₂O₃，M=362g· mol-1）中掺入LiMnO₂能大幅提高电容量，实验室测定某电极材料中两者配比的操作步骤如下；准确称取2.012g的试样于锥形瓶中，加入5mL稀硫酸充分溶解；向上述所得溶液中加入10.00mL2.000mol·L^-1草酸钠（Na₂C₂O₄）标准溶液，搅拌至溶液清亮，并定容至250mL；从容量瓶中取出25.00mL溶液，用0.01mol·L^-1KMnO₄标准溶液滴定，消耗KMnO₄标准溶液20.00mL。通过计算两者物质的量之比_____（写出计算过程）。

已知实验中设计的相关氧化还原反应如下：

①Mn²⁺+C₂O₄^2-→Mn²⁺+2CO²↑

②Mn⁴⁺+C₂O₄^2-→Mn²⁺+2CO²↑

③MnO4^-+C₂O₄^2-+H⁺→Mn²⁺+2CO²↑（均未配平）

Answer

将MnO2还原为Mn2+ 3.0×10-6 2Li2CO3+8MnO22Li2O·2MnO2·Mn2O3+2CO2↑+O2↑ n（KMnO4）=0.01mol·L-1×0.02L×（250÷25）=0.002mol（1分）

n（Na2C2O4）=2mol·L-1×0.01L=0.02mol（1分）

设LiO2·2MnO2·Mn2O3物质的量为x，LiMnO2的物质的量为y。

362g·mol-1×x+94g·mol-1×y=2.012g

由电子守恒：6x+y+0.02mol×5=0.04mol

解得：x=0.004mol y=0.006mol（3分）

故n（LiO2·2MnO2·Mn2O3）：n（LiMnO2）=2:3（1分）

【解析】(1)由所给流程图可知，SO2的作用是在酸性条件下将MnO2还原为Mn2+；

(2)根据Ksp(MnCO3)=9.0×10-12，在MnCO3饱和溶液中c(Mn2+)=c(CO32-)=mol/L=3.0×10-6mol/L，为使原料充分利用，应使Na2CO3过量，故c(Mn2+)＜3.0×10-6mol/L；

(3)由流程知“高温还原”时部分MnO2转化成Mn2O3，则必然有O2生成，根据电子转移守恒和元素守恒得2Li2CO3+8MnO22Li2O·2MnO2·Mn2O3+2CO2↑+O2↑；

(4)n(KMnO4)=0.01mol·L-1×0.02L×(250÷25)=0.002mol，

n(Na2C2O4)=2mol·L-1×0.01L=0.02mol，

设LiO2·2MnO2·Mn2O3物质的量为x，LiMnO2的物质的量为y。

362g·mol-1×x+94g·mol-1×y=2.012g

由电子守恒：6x+y+0.02mol×5=0.04mol

解得：x=0.004mol 、y=0.006mol；

故n(LiO2·2MnO2·Mn2O3)：n(LiMnO2)=2:3。