Question

高纯硫酸锰作为合成镍钴锰三元正极材料的原料，工业上可由天然二氧化锰粉与硫化锰矿（还含Fe、Al、Mg、Zn、Ni、Si等元素氧化物）制备，工艺如下图所示。回答下列问题：

相关金属离子[c₀(Mⁿ⁺)=0.1 mol‧L⁻¹]形成氢氧化物沉淀的pH范围如下：

金属离子	Mn^2+	Fe^2+	Fe^3+	Al^3+	Mg^2+	Zn^2+	Ni^2+
开始沉淀的pH	8．1	6．3	1．5	3．4	8．9	6．2	6．9
沉淀完全的pH	10．1	8．3	2．8	4．7	10．9	8．2	8．9

(1)“滤渣1”含有S和__________________________；写出“溶浸”中二氧化锰与硫化锰反应的化学方程式____________________________________________________。

(2)“氧化”中添加适量的MnO₂的作用是将________________________。

(3)“调pH”除铁和铝，溶液的pH范围应调节为_______~6之间。

(4)写出“沉锰”的离子方程式_____________。

(5)层状镍钴锰三元材料可作为锂离子电池正极材料，其化学式为LiNi_xCo_yMn_zO₂，其中Ni、Co、Mn的化合价分别为+2、+3、+4。当x=y=时，z=___________。

Answer

SiO2（不溶性硅酸盐） MnO2+MnS+2H2SO4=2MnSO4+S+2H2O 将Fe2+氧化为Fe3+ 4.7 Mn2++2HCO3－=MnCO3↓+CO2↑+H2O

【解析】

二氧化锰粉与硫化锰矿(还含Fe、Al、Mg、Zn、Ni、Si等元素氧化物)与硫酸反应，二氧化锰粉与硫化锰矿和硫酸发生氧化还原反应，SiO2不与H2SO4反应或SiO2与其他物质反应生成硅酸盐，加入MnO2氧化Fe2+，以便加入氨水时除掉铁元素，调节溶液pH值大于4.7小于6主要除掉铁元素和铝元素，除杂1主要除掉Zn2+和Ni2+，除杂2主要除掉Mg2+，得到Mn2+，加入碳酸氢铵溶液沉锰生成碳酸锰，加入硫酸生成硫酸锰。

(1)SiO2不与H2SO4反应或SiO2与其他物质反应生成硅酸盐，MnO2、MnS和H2SO4反应生成S、H2O和MnSO4，因此“滤渣1”含有S和SiO2；“溶浸”中二氧化锰与硫化锰反应的化学方程式MnO2+MnS+2H2SO4= 2MnSO4 + S + 2H2O；故答案为：SiO2(不溶性硅酸盐)；MnO2+ MnS+2H2SO4=2MnSO4+S+2H2O。

(2)根据Mn2+、Fe2+的开始沉淀的pH值可知应将Fe2+氧化为Fe3+，避免除铁元素时沉淀锰，因此“氧化”中添加适量的MnO2的作用是将Fe2+氧化为Fe3+；故答案为：将Fe2+氧化为Fe3+。

(3)“调pH”除铁和铝，应将pH控制在大于它们各种离子沉淀完全时的pH值以上，因此溶液的pH范围应调节为4.7~6之间；故答案为：4.7。

(4)“沉锰”是Mn2+与HCO3－反应生成碳酸锰，其离子方程式Mn2++2HCO3－= MnCO3↓ + CO2↑+H2O；故答案为：Mn2++2HCO3－= MnCO3↓ + CO2↑+H2O。

(5)层状镍钴锰三元材料可作为锂离子电池正极材料，其化学式为LiNixCoyMnzO2，其中Ni、Co、Mn的化合价分别为+2、+3、+4，当x= y =时，根据化合价代数和为0得出，则z=；故答案为：。