Question

利用菱锰矿（主要成分是MnCO₃，含少量A1₂O₃、Fe₂O₃、FeO、CaO、MgO等）为原料制备MnO₂的工艺流程如下：

已知：①25℃时，

②相关金属离子形成氢氧化物沉淀pH范围如下：

（1）“除杂1”中加入适量MnO₂的作用是____，应调节溶液pH不小于____。

（2）“除杂2”的主要目的将Ca²⁺、Mg²⁺转化为相应的氟化物沉淀而除去，除去Ca²⁺的离子方程式为____，该反应的平衡常数为____。

（3）“沉锰”中生成Mn（OH）₂'MnCO₃沉淀的离子方程式为____，“母液”经加热等系列操作后可返回“____”工序循环使用。

（4）以MnSO₄-（NH₄）₂SO₄为电解质溶液，利用下图装置可同时制备金属锰和MnO₂。离子交换膜a为____，阳极电极反应式为____。

Answer

把Fe2+氧化为Fe3+ 5.2 MnF2(s)+ Ca2+(aq) Mn2+(aq)+ CaF2(s) 3.53×107 2Mn2++3CO32-+2H2O= Mn(OH)2·MnCO3+2HCO3- 焙烧 阴离子交换膜 Mn2+-2e-+2H2O=MnO2+4H+

【解析】

根据流程图，“酸浸”后的溶液中含有Mn2+、Al3+、Fe2+、Fe3+、Mg2+、Ca2+，加入适量MnO2把Fe2+氧化为Fe3+，调节pH，除去Al3+、Fe3+，加入MnF2除去Mg2+、Ca2+，滤液中通入碳酸铵溶液沉锰。

（1）二氧化锰具有氧化性，“除杂1”中加入适量MnO2的作用是把Fe2+氧化为Fe3+，为使Al3+、Fe3+沉淀完全，应调节溶液pH不小于5.2。

（2）“除杂2”的主要目的将Ca2+、Mg2+转化为相应的氟化物沉淀而除去，除去Ca2+的离子方程式为MnF2(s)+ Ca2+(aq) Mn2+(aq)+ CaF2(s)，该反应的平衡常数3.53×107。

（3）“沉锰”是MnCl2与碳酸铵反应生成Mn(OH)2·MnCO3，根据电荷守恒、质量守恒，反应的离子方程式为2Mn2++3CO32-+2H2O= Mn(OH)2·MnCO3+2HCO3-，“母液”含有氯化铵，经加热等系列操作后可返回“焙烧”工序循环使用。

（4）以MnSO4-(NH4)2SO4为电解质溶液制备金属锰和MnO2。根据图示，离子透过交换膜向阳极移动，离子交换膜a阴离子交换膜，阳极锰离子失电子发生氧化反应生成二氧化锰，电极反应式为Mn2+-2e-+2H2O=MnO2+4H+。