Question

用海底锰结核(主要成分为MnO₂，含少量MgO、Fe₂O₃、Al₂O₃、SiO₂)为原料，制备金属锰、镁的一种工艺流程路线如下：

已知：①几种难溶物的溶度积(25℃)如下表所示：

化学式	Mg(OH)2	Mn(OH)2	Al(OH)3	Fe(OH)3
Ksp	1.8×10^-11	1.8×10^-13	1.0×10^-33	4.0×10^-38

②溶液中某离子浓度≤1.0×10^-6mol·L^-1时，认为该离子沉淀完全。

完成下列问题：

(1)“锰结核粉末”中MnO₂与SO₂反应的离子方程式为_____。

(2)“滤液1”中c(Mn²⁺)为0.18mol·L^-1，则“调节pH”的范围为_______，“滤渣2”的成分为______。

(3)“Ⅲ”处“萃取剂”萃取的成分是___；“Ⅳ”处用“盐酸反萃”的作用是____。

(4)MgCl₂·6H₂O制取无水MgCl₂时，需要在干燥的HCl气流中加热分解。HCl的作用为__________。

(5)该工艺流程中除电解余液可循环利用外，还能循环利用的试剂为____。

(6)一种海生假单孢菌(采自太平洋深海处)，在无氧条件下以醋酸为电子供体还原MnO₂生成Mn²⁺的机理如图所示。写出反应②③的总反应的离子方程式____________。

Answer

MnO2+SO2=Mn2++SO 5≤pH＜8 Fe(OH)3、Al(OH)3 Mg2+ 使Mg2+与萃取剂分离转化为MgCl2 抑制MgCl2水解 萃取剂或有机相2 MnO2+2HX=Mn2++2X+2OH-

【解析】

锰结核(主要成分为MnO2，含少量MgO、Fe2O3、Al2O3、SiO2)加入H2SO4进行酸浸，将MgO、Fe2O3、Al2O3转化为Mg2+、Fe3+、Al3+，并通入SO2将MnO2转化为Mn2+，自身被氧化为，SiO2不与二氧化硫和硫酸反应，则滤渣1中主要为SiO2，滤液1中主要含有Mg2+、Fe3+、Al3+、Mn2+及，调节滤液1的pH值，使Fe3+、Al3+转化为Al(OH)3、Fe(OH)3过滤除去，则滤渣2主要含有Al(OH)3、Fe(OH)3，滤液2主要含有Mg2+、Mn2+及的溶液，向滤液2加入有机萃取剂，溶液分层，分液后有机相1中主要含有Mg2+，水相1中主要含有Mn2+及，向有机相1中加入盐酸进行反萃取，Mg2+从有机相1转入水相2，形成含有MgCl2的酸性溶液，对水相2蒸发结晶得到MgCl2∙6H2O，在干燥的HCl气流中加热分解得到MgCl2，再进行熔融电解得到金属镁，对水相1进行电解得到金属锰单质和H2SO4，电解后的溶液中含有H2SO4，可返回步骤Ⅰ酸浸使用，据此分析解答。

(1)根据分析，“锰结核粉末”中MnO2与SO2反应，SO2将MnO2转化为Mn2+，自身被氧化为，离子方程式为MnO2+SO2=Mn2++SO；

(2)调节滤液1的pH值，使Fe3+、Al3+转化为Al(OH)3、Fe(OH)3过滤除去，“滤液1”中Mn2+、Mg2+不能形成沉淀，溶液中某离子浓度≤1.0×10-6mol·L-1时，认为该离子沉淀完全，Ksp[Al(OH)3]=1.0×10-33，Ksp[Fe(OH)3]=4.0×10-38，当Al3+完全沉淀时，Fe3+已经完全沉淀，此时溶液中c(OH-)==1.0×10-9mol·L-1，pOH=9，则pH=14- pOH=5；根据Ksp[Mn(OH)2]= 1.8×10-13，Ksp[Mg(OH)2]= 1.8×10-11，当“滤液1”中c(Mn2+)为0.18mol·L-1时，溶液中c(OH-)==1.0×10-6mol·L-1，pOH=6，则pH=14- pOH=8，则“调节pH”的范围为5≤pH＜8；根据分析，“滤渣2”的成分为Fe(OH)3、Al(OH)3；

(3)根据分析，“Ⅲ”处“萃取剂”萃取的成分是Mg2+；“Ⅳ”处用“盐酸反萃”的作用是使Mg2+与萃取剂分离转化为MgCl2；

(4)MgCl2属于强酸弱碱盐，高温下，促进Mg2+发生水解生成Mg(OH)2，在干燥的HCl气流中加热分解，可以抑制MgCl2水解；

(5)根据分析，向有机相1中加入盐酸进行反萃取，Mg2+从有机相1转入水相2，分液后得到有机相2，即为萃取剂，则该工艺流程中除电解余液可循环利用外，还能循环利用的试剂为萃取剂或有机相2；

(6)根据图示，反应②为：Mn3++ HX= Mn2++X+H+，反应③为：Mn2++ MnO2+2H2O=4OH-+2 Mn3+，②×2+③可得，反应②③的总反应的离子方程式MnO2+2HX=Mn2++2X+2OH-。