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；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：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)“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___________。

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 8×10﹣3 mol•L﹣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+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，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)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mol/L＝8×10﹣3 mol•L﹣1；故答案为8×10﹣3 mol•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)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++2H2O﹣2e﹣＝MnO2+4H+，故答案为Mn2++2H2O﹣2e﹣＝MnO2+4H+。