Question

【題目】用海底錳結核(主要成分為MnO2，含少量MgO、Fe2O3、Al2O3、SiO2)為原料，制備金屬錳、鎂的一種工藝流程路線如下：

已知：①幾種難溶物的溶度積(25℃)如下表所示：

化學式	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溶液中某離子濃度≤1.0×10-6mol·L-1時，認為該離子沉淀完全。

完成下列問題：

(1)“錳結核粉末”中MnO2與SO2反應的離子方程式為_____。

(2)“濾液1”中c(Mn2+)為0.18mol·L-1，則“調節pH”的范圍為_______，“濾渣2”的成分為______。

(3)“Ⅲ”處“萃取劑”萃取的成分是___；“Ⅳ”處用“鹽酸反萃”的作用是____。

(4)MgCl2·6H2O制取無水MgCl2時，需要在干燥的HCl氣流中加熱分解。HCl的作用為__________。

(5)該工藝流程中除電解余液可循環利用外，還能循環利用的試劑為____。

(6)一種海生假單孢菌(采自太平洋深海處)，在無氧條件下以醋酸為電子供體還原MnO2生成Mn2+的機理如圖所示。寫出反應②③的總反應的離子方程式____________。

Answer 1

【答案】MnO2+SO2=Mn2++SO 5≤pH＜8 Fe(OH)3、Al(OH)3 Mg2+ 使Mg2+與萃取劑分離轉化為MgCl2 抑制MgCl2水解 萃取劑或有機相2 MnO2+2HX=Mn2++2X+2OH-

【解析】

錳結核(主要成分為MnO2，含少量MgO、Fe2O3、Al2O3、SiO2)加入H2SO4進行酸浸，將MgO、Fe2O3、Al2O3轉化為Mg2+、Fe3+、Al3+，并通入SO2將MnO2轉化為Mn2+，自身被氧化為，SiO2不與二氧化硫和硫酸反應，則濾渣1中主要為SiO2，濾液1中主要含有Mg2+、Fe3+、Al3+、Mn2+及，調節濾液1的pH值，使Fe3+、Al3+轉化為Al(OH)3、Fe(OH)3過濾除去，則濾渣2主要含有Al(OH)3、Fe(OH)3，濾液2主要含有Mg2+、Mn2+及的溶液，向濾液2加入有機萃取劑，溶液分層，分液后有機相1中主要含有Mg2+，水相1中主要含有Mn2+及，向有機相1中加入鹽酸進行反萃取，Mg2+從有機相1轉入水相2，形成含有MgCl2的酸性溶液，對水相2蒸發結晶得到MgCl26H2O，在干燥的HCl氣流中加熱分解得到MgCl2，再進行熔融電解得到金屬鎂，對水相1進行電解得到金屬錳單質和H2SO4，電解后的溶液中含有H2SO4，可返回步驟Ⅰ酸浸使用，據此分析解答。

(1)根據分析，“錳結核粉末”中MnO2與SO2反應，SO2將MnO2轉化為Mn2+，自身被氧化為，離子方程式為MnO2+SO2=Mn2++SO；

(2)調節濾液1的pH值，使Fe3+、Al3+轉化為Al(OH)3、Fe(OH)3過濾除去，“濾液1”中Mn2+、Mg2+不能形成沉淀，溶液中某離子濃度≤1.0×10-6mol·L-1時，認為該離子沉淀完全，Ksp[Al(OH)3]=1.0×10-33，Ksp[Fe(OH)3]=4.0×10-38，當Al3+完全沉淀時，Fe3+已經完全沉淀，此時溶液中c(OH-)==1.0×10-9mol·L-1，pOH=9，則pH=14- pOH=5；根據Ksp[Mn(OH)2]= 1.8×10-13，Ksp[Mg(OH)2]= 1.8×10-11，當“濾液1”中c(Mn2+)為0.18mol·L-1時，溶液中c(OH-)==1.0×10-6mol·L-1，pOH=6，則pH=14- pOH=8，則“調節pH”的范圍為＜8；根據分析，“濾渣2”的成分為Fe(OH)3、Al(OH)3；

(3)根據分析，“Ⅲ”處“萃取劑”萃取的成分是Mg2+；“Ⅳ”處用“鹽酸反萃”的作用是使Mg2+與萃取劑分離轉化為MgCl2；

(4)MgCl2屬于強酸弱堿鹽，高溫下，促進Mg2+發生水解生成Mg(OH)2，在干燥的HCl氣流中加熱分解，可以抑制MgCl2水解；

(5)根據分析，向有機相1中加入鹽酸進行反萃取，Mg2+從有機相1轉入水相2，分液后得到有機相2，即為萃取劑，則該工藝流程中除電解余液可循環利用外，還能循環利用的試劑為萃取劑或有機相2；

(6)根據圖示，反應②為：Mn3++ HX= Mn2++X+H+，反應③為：Mn2++ MnO2+2H2O=4OH-+2 Mn3+，②×2+③可得，反應②③的總反應的離子方程式MnO2+2HX=Mn2++2X+2OH-。