Question

下面是某科研小组利用废铁屑还原浸出软锰矿(主要成分为MnO₂)制备硫酸锰及电解其溶液制锰的工艺流程图：

已知：①浸出液中主要含有Fe^3＋、Fe^2＋、Co^2＋、Ni^2＋等杂质金属离子；

②生成氢氧化物的pH见下表：

物质	Fe(OH)2	Fe(OH)3	Ni(OH)2	Co(OH)2	Mn(OH)2
开始沉淀的pH	7.5	2.7	7.7	7.6	8.3
完全沉淀的pH	9.7	3.7	8.4	8.2	9.8

请回答下列问题：

（1）“酸浸”前将原料粉碎的目的是____。

（2）流程图中“①加入MnO₂”的作用____，MnO₂还可以用其他试剂____(填化学式)代替。

（3）流程图中“②调节pH”可以除去某种金属离子，应将溶液pH调节控制的范围是___～7.6。上述流程中，能循环使用的一种物质是___(填化学式)。

（4）向滤液Ⅰ中加入MnS的作用是除去Co^2＋、Ni^2＋等离子，其中可以发生反应为MnS(s)＋Ni^2＋(aq)=NiS(s)＋Mn^2＋(aq)等。当该反应完全后，滤液2中的Mn^2＋与Ni^2＋的物质的量浓度之比是___[已知K_sp(MnS)＝2.8×10^－10，K_sp(NiS)＝2.0×10^－21]。

（5）在适当条件下，在MnSO₄、H₂SO₄和H₂O为体系的电解液中电解也可获得MnO₂，其阳极电极反应式为____。

（6）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

增大反应物的接触面积，增大反应速率 将浸出液中的Fe2＋氧化为Fe3＋ H2O2 3.7 H2SO4 1.4×1011 Mn2＋＋2H2O－2e－=MnO2＋4H＋

【解析】

用软锰矿还原酸浸制取硫酸锰电解液并进一步提炼金属锰，软锰矿和废铁屑加入过量硫酸浸出，过滤，浸出液中主要含有Fe3+、Fe2+、Co2+、Ni2+等金属离子，加入MnO2的作用是将浸出液中的Fe2+氧化为Fe3+，同时自身被还原为Mn2+，加入氨水调节溶液的pH以除去铁离子，过滤后的滤液中加入MnS净化除去Co2+、Ni2+等，过滤得到滤液电解得到金属锰和阳极液，阳极液中的硫酸循环使用，滤渣2为MnS、CoS、NiS，据此分析解题。

(1)“酸浸”前将原料粉碎，增大了反应物的接触面积，从而加快反应速率；

(2)流程图中“①加入MnO2”的作用是将浸出液中的Fe2+氧化为Fe3+，同时自身被还原为Mn2+，MnO2作氧化剂，可以用试剂H2O2代替；

(3)流程图中“②调节pH”可以除去铁离子，由表中数据可知：Fe3+完全沉淀时的溶液pH=3.7，则应将溶液pH调节控制的范围是3.7～7.6；上述工艺中，能循环使用的一种物质是电解过程中阳极液含的H2SO4；

(4)Ksp(MnS)=2.8×10-10，Ksp(NiS)=2.0×10-21]，沉淀转化的方程式为：MnS+Ni2+=NiS+Mn2+，则Mn2+与Ni2+离子的物质的量浓度之比=c(Mn2+)：c(Ni2+)=Ksp(MnS)：Ksp(NiS)=2.8×10-10：2.0×10-21=1.4×1011；

(5)在适当条件下，在MnSO4电解在阳极失去电子获得MnO2，其阳极电极反应式为：Mn2++2H2O-2e-═MnO2 +4H+；

(6)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、Ni、Co、Mn的化合价分别为+2、+3、+4．当x=y=时，该化合物中各元素的化合价代数和为0，+1+(+2)×+(+3)×+(+4)×z+(-2)×2=0，z=。