Question

【題目】某含錳礦物的主要成分有MnCO3、MnO2、FeCO3、SiO2、Al2O3等。已知FeCO3、MnCO3難溶于水。一種運用陰離子膜電解法的新技術可用于從碳酸錳礦中提取金屬錳，主要流程如下：

(1)為提高含錳礦物浸出速率，可采取的措施有______________(至少寫出兩條)。

(2)設備1中反應后，濾液1里錳元素只以Mn2+的形式存在，且濾渣1中也無MnO2。設備1中發生氧化還原反應的離子方程式是______________________________________。

(3)設備2中加足量雙氧水的作用是________________________。設計實驗方案檢驗濾液2中是否存在Fe2+________________________。

(4)已知金屬離子的氫氧化物開始沉淀和完全沉淀的pH如下表，加氨水調節溶液的pH等于6，濾渣2的主要成分為_____________ (填化學式)。

金屬離子	開始沉淀的pH	完全沉淀的pH
Fe3+	1.8	3.2
Al3+	3.0	5.0
Fe2+	5.8	8.8
Mn2+	7.8	9.8

(5)設備4中加入過量氫氧化鈉溶液，用離子方程式表示發生的反應______________。

(6)保持其他條件不變，在不同溫度下對含錳礦物進行酸浸，錳浸出率隨時間變化如圖。酸浸的最佳溫度與時間分別為________℃、______min。

Answer 1

【答案】將礦石粉碎、升溫、適當提高硫酸濃度、攪拌 2Fe2+＋MnO2＋4H+＝2Fe3+＋Mn2+＋2H2O或2FeCO3＋MnO2＋8H+＝2Fe3+＋Mn2+＋2CO2↑＋4H2O 將Fe2+完全氧化為Fe3+ 取少量濾液2于試管中，加入幾滴KSCN溶液，溶液不顯紅色，再滴入適量氯水，若溶液變紅，則有Fe2＋，否則沒有Fe2＋（或加入幾滴K3[Fe(CN)6]溶液，若產生藍色沉淀，則有Fe2＋，否則沒有Fe2＋ Al(OH)3 、Fe(OH)3 Al(OH)3＋OH－＝AlO2－+2H2O 70℃ 120min

【解析】

錳礦物的主要成分有MnCO3、MnO2、FeCO3、SiO2、Al2O3等，用硫酸溶解, SiO2不硫酸反應, MnCO3、FeCO3、Al2O3與硫酸反應得到MnSO4、FeSO4、Al2(SO4)3，而濾液1里錳元素只以Mn2+的形式存在,且濾渣1中也無MnO2,酸性條件下MnO2將Fe2+離子氧化為Fe3+離子,過濾除去二氧化硅等不溶物；因此濾渣1為SiO2；濾液1中加入過氧化氫將Fe2+離子氧化為Fe3+離子,再加入氨水調節溶液pH使Fe3+、Al3+轉化為Fe（OH）3、Al(OH)3沉淀,過濾分離,濾液2中含有MnSO4、(NH4)2SO4等，濾液2進行電解得到Mn；濾渣2為Fe（OH）3、Al(OH)3,向濾渣2中加入氫氧化鈉,只有氫氧化鋁溶于強堿；得到NaAlO2，過濾分離；結合以上分析解答。

錳礦物的主要成分有MnCO3、MnO2、FeCO3、SiO2、Al2O3等，用硫酸溶解, SiO2不硫酸反應, MnCO3、FeCO3、Al2O3與硫酸反應得到MnSO4、FeSO4、Al2(SO4)3，而濾液1里錳元素只以Mn2+的形式存在,且濾渣1中也無MnO2,酸性條件下MnO2將Fe2+離子氧化為Fe3+離子,過濾除去二氧化硅等不溶物；因此濾渣1為SiO2；濾液1中加入過氧化氫將Fe2+離子氧化為Fe3+離子,再加入氨水調節溶液pH使Fe3+、Al3+轉化為Fe（OH）3、Al(OH)3沉淀,過濾分離,濾液2中含有MnSO4、(NH4)2SO4等，濾液2進行電解得到Mn；濾渣2為Fe（OH）3、Al(OH)3,向濾渣2中加入氫氧化鈉,只有氫氧化鋁溶于強堿；得到NaAlO2，過濾分離；

(1)為提高含錳礦物浸出速率，可采取的措施有將礦石粉碎、升溫、適當提高硫酸濃度、攪拌；綜上所述，本題答案是：將礦石粉碎、升溫、適當提高硫酸濃度、攪拌。

(2) 設備1中發生氧化還原反應：二氧化錳在酸性條件下將+2價鐵氧化為鐵離子，二氧化錳被還原得到Mn2+,反應離子方程式為: 2Fe2+＋MnO2＋4H+＝2Fe3+＋Mn2+＋2H2O或2FeCO3＋MnO2＋8H+＝2Fe3+＋Mn2+＋2CO2↑＋4H2O；綜上所述，本題答案是：2Fe2+＋MnO2＋4H+＝2Fe3+＋Mn2+＋2H2O或2FeCO3＋MnO2＋8H+＝2Fe3+＋Mn2+＋2CO2↑＋4H2O。

(3)雙氧水具有氧化性，將Fe2+完全氧化為Fe3+；檢驗亞鐵離子的存在可以用氯水和硫氰化鉀溶液，也可以用K3[Fe(CN)6]溶液，具體操作如下：取少量濾液2于試管中，加入幾滴KSCN溶液，溶液不顯紅色，再滴入適量氯水，若溶液變紅，則有Fe2＋，否則沒有Fe2＋（或加入幾滴K3[Fe(CN)6]溶液，若產生藍色沉淀，則有Fe2＋，否則沒有Fe2＋；綜上所述，本題答案是：將Fe2+完全氧化為Fe3+；取少量濾液2于試管中，加入幾滴KSCN溶液，溶液不顯紅色，再滴入適量氯水，若溶液變紅，則有Fe2＋，否則沒有Fe2＋（或加入幾滴K3[Fe(CN)6]溶液，若產生藍色沉淀，則有Fe2＋，否則沒有Fe2＋。

(4)亞鐵離子被雙氧水氧化為鐵離子，根據表格信息可知，加氨水調節溶液的pH等于6，鐵離子、鋁離子均生成Al(OH)3 、Fe(OH)3沉淀；所以濾渣2的主要成分為Al(OH)3 、Fe(OH)3；綜上所述，本題答案是：Al(OH)3 、Fe(OH)3。

(5) 設備4中生成Al(OH)3 、Fe(OH)3沉淀，只有Al(OH)3溶于過量的強堿溶液生成偏鋁酸鹽，離子方程式為：Al(OH)3＋OH－＝AlO2－+2H2O；綜上所述，本題答案是：Al(OH)3＋OH－＝AlO2－+2H2O。

(6)根據錳浸出率隨時間變化圖表信息可知，溫度低，錳浸出率低，溫度為90℃時，錳浸出率與70℃相差無幾，錳浸出率最佳條件：時間在120min，溫度為70℃，錳浸出率最好；綜上所述，本題答案是：70℃ ，120min。