Question

以硫酸法钛白粉生产中排放的含锰废水(主要金属离子为Mn^2＋、Fe^2＋、Al^3＋，还含有少量Ca^2＋、Mg^2＋、Cu^2＋和Ni^2＋等离子)为原料，生产MnCO₃的工艺流程如下：

已知：25 ℃时，K_sp(CaF₂)＝1.5×10^－10、K_sp(MgF₂)＝7.5×10^－11。

(1)流程中含锰废水经过前三步预处理，得到主要含有Mn^2＋的母液。

①除铁铝时，在搅拌条件下先加入H₂O₂溶液，再加入NaOH溶液调节pH。加入H₂O₂溶液时发生反应的离子方程式为__________________________________________。

②除钙镁步骤中，当Ca^2＋、Mg^2＋沉淀完全时，溶液中＝________。

(2) 沉锰过程在pH为7.0条件下充分进行，反应温度对锰沉淀率的影响关系如图所示。

①沉锰过程发生反应的离子方程式为____________。该过程中加入适当过量的NH₄HCO₃的原因是________。

②当温度超过30 ℃，沉锰反应的锰沉淀率随温度升高而下降的原因是______________________________。

(3) 沉锰后过滤得到MnCO₃粗产品，依次用去离子水和无水乙醇各洗涤2～3次，再低温干燥，得到纯净的MnCO₃。用无水乙醇洗涤的目的是____________________________。

Answer

2Fe2＋＋H2O2＋2H＋=2Fe3＋＋2H2O 2 Mn2＋＋2HCO3-=MnCO3↓＋H2O＋CO2↑ 提高Mn2＋的沉淀率 温度升高，NH4HCO3受热分解(或Mn2＋水解) 有利于低温条件下快速干燥

【解析】

含锰废水经过除铁铝时，铁亚铁离子被氧化成铁离子，铁离子和铝离子转化为氢氧化物沉淀，经过除重金属时，铜离子和镍离子转化为硫化铜和硫化镍沉淀，经过除钙镁时，钙离子和镁离子转化为氟化钙和氟化镁沉淀，溶液中的锰离子在沉锰时转化为碳酸锰沉淀，后经洗涤干燥得到纯净的碳酸锰。

（1）①加入H2O2溶液是将亚铁离子氧化成铁离子，便于转化成沉淀除去，其反应的离子反应方程式为2Fe2＋＋H2O2＋2H＋=2Fe3＋＋2H2O，故答案为：2Fe2＋＋H2O2＋2H＋=2Fe3＋＋2H2O；

②钙离子和镁离子转化为氟化钙和氟化镁沉淀，则溶液中，故答案为：2；

（2）①沉锰过程中加入过量的碳酸氢铵，提供碳酸根将锰离子尽可能多的转化为碳酸锰沉淀，提高Mn2＋的沉淀率，其反应的离子反应方程式为Mn2＋＋2HCO3-=MnCO3↓＋H2O＋CO2↑，故答案为：Mn2＋＋2HCO3-=MnCO3↓＋H2O＋CO2↑；提高Mn2＋的沉淀率；

②铵盐受热易分解，当温度过高时，碳酸氢铵容易分解，而温度升高时，锰离子水解程度也会增大，所以沉锰反应的锰沉淀率随温度升高而下降，故答案为：温度升高，NH4HCO3受热分解(或Mn2＋水解)；

（3）沉锰后过滤得到MnCO3粗产品，用去离子水洗去表面的杂质离子，因为碳酸锰高温时容易分解，所以干燥时用易挥发的乙醇低温下除去水分，使碳酸锰快速干燥，得到纯净的碳酸锰，故答案为：有利于低温条件下快速干燥。