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）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________________________，检验生成离子试剂___________。

（3）“调pH”除铁和铝，溶液的pH范围应调节为_______～6之间，除铝的离子反应方程式是__________。

（4）“除杂1”的目的是除去Zn²⁺和Ni²⁺，“滤渣3”的主要成分是______________。

（5）氧化中除了添加适量MnO₂还可以用H₂O₂来氧化，写出该离子反应_______________。

（6）写出“沉锰”的离子方程式_______________________________________。

（7）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=___________。

（8）写出Fe²⁺和HNO₃的离子反应__________。

Answer

SiO2（不溶性硅酸盐） MnO2+MnS+2H2SO4=2MnSO4+S+2H2O 将Fe2+氧化为Fe3+ KSCN溶液 4.7 Al3++3NH3·H2O=Al(OH)3↓+3NH4+ NiS和ZnS 2Fe2++H2O2+2H+=2Fe3+ +2H2O Mn2++2=MnCO3↓+CO2↑+H2O 3Fe2+ +4H++NO3-=3Fe3++NO↑+2H2O

【解析】

（1）SiO2难溶于硫酸；“溶浸”中二氧化锰能氧化硫化锰生成硫酸锰、硫和水；

（2）MnO2具有氧化性，可以将Fe2+氧化为Fe3+；KSCN溶液遇Fe3+变红；

（3）Fe3+完全沉淀的pH是2.8，Al3+完全沉淀的pH是4.7；氨水与硫酸铝反应生成氢氧化铝沉淀和硫酸铵；

（4）加入Na2S除去Zn2+和Ni2+，生成沉淀NiS和ZnS；

（5）H2O2和Fe2+反应，氧化产物是Fe3+、还原产物是H2O；

（6）“沉锰”过程中硫酸锰和碳酸氢铵反应生成碳酸锰沉淀、硫酸铵、二氧化碳；

（7）根据元素化合价代数和等于0计算z值；

（8）Fe2+和HNO3发生氧化还原反应，氧化产物是Fe3+、还原产物是NO。

（1）SiO2难溶于硫酸，所以“滤渣1”含有SiO2；“溶浸”中二氧化锰能氧化硫化锰生成硫酸锰、硫和水，根据得失电子守恒，反应方程式是MnO2+MnS+2H2SO4=2MnSO4+S+2H2O；

（2）MnO2具有氧化性，“氧化”中添加适量的MnO2的作用是将Fe2+氧化为Fe3+；KSCN溶液遇Fe3+变红，检验Fe3+的试剂是KSCN溶液；

（3）Fe3+完全沉淀的pH是2.8，Al3+完全沉淀的pH是4.7，“调pH”除铁和铝，溶液的pH范围应调节为4.7～6之间，氨水与硫酸铝反应生成氢氧化铝沉淀和硫酸铵，反应的离子方程式是Al3++3NH3∙H2O=Al(OH)3↓+3NH4+；

（4）加入Na2S除去Zn2+和Ni2+，生成沉淀NiS和ZnS，所以“滤渣3”的主要成分是NiS和ZnS；

（5）H2O2和Fe2+反应，氧化产物是Fe3+、还原产物是H2O，反应的离子方程式是2Fe2++H2O2+2H+=2Fe3+ +2H2O；

（6）“沉锰”过程中硫酸锰与碳酸氢铵反应生成碳酸锰沉淀、硫酸铵、二氧化碳，反应的离子方程式是Mn2++2=MnCO3↓+CO2↑+H2O；

（7）LiNixCoyMnzO2，其中Ni、Co、Mn的化合价分别为+2、+3、+4。当x=y=时，根据元素化合价代数和等于0，1+2+3+4z-2×2=0，z=；

（8）Fe2+和HNO3发生氧化还原反应，氧化产物是Fe3+、还原产物是NO，根据得失电子守恒，反应的离子方程式是3Fe2+ +4H++NO3-=3Fe3++NO↑+2H2O。