Question

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；当离子浓度≤10⁻⁵mol·L⁻¹时，可认为离子沉淀完全。

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：K_sp(MgF₂)=6.4×10⁻¹⁰；K_sp(CaF₂)=3.6×10⁻¹²)

（5）“碳化结晶”时，发生反应的离子方程式为_____。

（6）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____。

Answer

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 8×10−3mol·L−1 Mn2++2HCO3-=MnCO3↓+CO2↑+H2O 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MnSO4、Fe2O3及少量FeO、Al2O3、MgO，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，加入碳酸铵发生Mn2++2HCO3-=MnCO3↓+CO2↑+H2O，加入硫酸溶解硫酸锰，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。

（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+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)；故答案为：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)；

（3）“中和除杂”时，铁离子与铝离子与加入的碳酸根离子之间发生双水解反应得到Fe(OH)3、Al(OH)3沉淀；故答案为：Fe(OH)3、Al(OH)3；

（4）已知：Ksp(MgF2)=6.4×10−10，若使溶液中的Mg2+沉淀完全，需维持c(F−)不低于，故答案为：8×10−3mol·L−1；

（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）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++2H2O−2e−=MnO2+4H+，故答案为：Mn2++2H2O−2e−=MnO2+4H+。