Question

二氧化锰不仅是活性好的催化剂，也被广泛用作干电池的正极材料。某化学小组设计用高硫锰矿（主要成分为锰的化合物和硫化亚铁）为原料制取二氧化锰的工艺流程如图：

已知：①“混合焙烧”后的烧渣含MnSO₄、Fe₂O₃及少量FeO、MgO、Al₂O₃

②在该条件下，金属离子开始沉淀和完全沉淀的pH如下表。

（1）写出浸出时与铝元素有关的离子反应方程式__。

（2）上述“氧化”步骤是否可省略__（填“是”或“否”），你的依据是__。

（3）“调pH除铁铝’’时，生成沉淀的pH范围为__；“氟化除杂”中除去的离子为__。

（4）请用平衡移动原理解释除杂处理后的Mn²⁺用NH₄HCO₃转化成MnCO₃沉淀的过程__（用文字和离子方程式表达）。

（5）用惰性电极电解MnSO₄制备MnO₂时，其阳极反应式为__；整个流程中能够循环利用的物质除MnO₂外还有__（写名称）。

Answer

Al2O3+6H+=2Al3++3H2O 否 若不进行氧化，则Fe2+被完全沉淀的pH为8.0，此时Mn2+也会部分被沉淀下来造成损失 5.0≤pH<7.5 Ca2+、Mg2+ 加入NH4HCO3后，Mn2+与HCO电离出的CO生成MnCO3，HCOCO+H+、Mn2++COMnCO3，HCO电离出H+与另一部分HCO反应生成H2O和CO2，促进上述两个平衡正向移动，从而生成MnCO3沉淀 Mn2+-2e-+2H2O=MnO2+4H+ 硫酸

【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，再加入氢氧化钙中和，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Ca2+、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＋+2HCO3－=MnCO3↓+CO2↑+H2O，加入硫酸溶解MnCO3得到MnSO4溶液，电解MnSO4溶液得到MnO2和硫酸，硫酸和MnO2可循环利用。

（1）浸出时与铝元素有关的离子反应，氧化铝溶于酸生成铝盐和水，离子方程式为Al2O3+6H+=2Al3++3H2O。故答案为：Al2O3+6H+=2Al3++3H2O；

（2）上述“氧化”步骤不可以省略，依据是若不进行氧化，则Fe2+被完全沉淀的pH为8.0，此时Mn2+也会部分被沉淀下来造成损失。故答案为：否；若不进行氧化，则Fe2+被完全沉淀的pH为8.0，此时Mn2+也会部分被沉淀下来造成损失；

（3）“调pH除铁铝’’时，让铝沉淀完全时pH=5，而锰不沉淀时pH小于7.5，生成沉淀的pH范围为5.0≤pH<7.5；CaF2、MgF2难溶于水，“氟化除杂”中除去的离子为Ca2+、Mg2+。故答案为：5.0≤pH<7.5；Ca2+、Mg2+；

（4）用平衡移动原理解释除杂处理后的Mn2+用NH4HCO3转化成MnCO3沉淀的过程：加入NH4HCO3后，Mn2+与HCO电离出的CO生成MnCO3，HCOCO+H+、Mn2++COMnCO3，HCO电离出H+与另一部分HCO反应生成H2O和CO2，促进上述两个平衡正向移动，从而生成MnCO3沉淀。故答案为：加入NH4HCO3后，Mn2+与HCO电离出的CO生成MnCO3，HCOCO+H+、Mn2++COMnCO3，HCO电离出H+与另一部分HCO反应生成H2O和CO2，促进上述两个平衡正向移动，从而生成MnCO3沉淀；

（5）用惰性电极电解MnSO4制备MnO2时，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和硫酸，其阳极反应式为Mn2+-2e-+2H2O=MnO2+4H+；整个流程中能够循环利用的物质除MnO2外还有硫酸。故答案为：Mn2+-2e-+2H2O=MnO2+4H+；硫酸。