Question

金属锰主要用在航空、冶金及化工等行业。采用“两矿一步法”浸出高硫高铁碳酸锰矿(主要含有FeS₂、FeCO₃、SiO₂、CuO等杂质)制备金属锰的工艺流程如下:

已知:Ⅰ.福美钠的化学式为(CH₃)₂CNS₂Na,采用福美钠对MnSO₄溶液中重金属进行净化去除效果良好:

Ⅱ.部分金属离子形成氢氧化物沉淀的pH如下表所示:

	Fe^2+	Cu^2+	Fe^3+	Mn^2+
pH(开始沉淀)	7.5	5.2	1.7	7.2
pH(完全沉淀)	9.7	7.8	3.2	10.4

回答下列问题:

（1）FeS₂中S元素的化合价为_____价。

（2）浸出时，软锰矿中的主要成分MnO₂与FeS₂发生氧化还原反应,写出该反应的化学方程式:___

（3）向浸出液中吹入空气的目的是__________(用离子方程式表示)。

（4）调节pH的最佳范围是_______,沉淀的成分是______(填化学式)。

（5）(CH₃)₂CNS₂H可由(CH₃)₂NH与CS₂通过加成反应得到,1mol(CH₃)₂NH中,共价键的数目为__N_A。

（6）工业上采用如图所示的方法获得金属Mn，B极为____极，若没有阴离子交换膜,Mn²⁺将在D极发生反应生成MnO₂,则电极反应式为____________。

Answer

-1 15MnO2+2FeS2+14H2SO4=15MnSO4+Fe2(SO4)3+14H2O 4Fe2++O2+4H+=4Fe3++2H2O 3.2≦pH<7.2 Fe(OH)3、SiO2、Cu(OH)2 9 正 Mn2++2H2O-2e-=MnO2+4H+

【解析】高硫高铁碳酸锰矿(主要含有FeS2、FeCO3、SiO2、CuO等杂质)用硫酸溶解，同时二氧化锰与FeS2发生氧化还原反应，溶液中存在Fe3+、Cu2+、Mn2+，吹入空气将亚铁离子完全氧化，在加入氨水，调节pH使Fe3+、Cu2+沉淀除去，加入福美钠 (CH3)2CNS2Na除去MnSO4溶液中的重金属离子，最后电解生成金属锰。

(1)FeS2中Fe为+2价，则S元素的化合价为-1价，故答案为：-1；

(2)浸出时，软锰矿中的主要成分MnO2与FeS2发生氧化还原反应，生成硫酸锰和硫酸铁，反应的化学方程式为15MnO2+2FeS2+14H2SO4=15MnSO4+Fe2(SO4)3+14H2O，故答案为：15MnO2+2FeS2+14H2SO4=15MnSO4+Fe2(SO4)3+14H2O；

(3)向浸出液中吹入空气是将亚铁离子完全氧化，4Fe2++O2+4H+=4Fe3++2H2O，故答案为：4Fe2++O2+4H+=4Fe3++2H2O；

(4)根据Fe3+、Cu2+、Mn2+金属离子形成氢氧化物沉淀的pH值，3.2≦pH<7.2时，Fe3+、Cu2+沉淀，且不影响Mn2+，沉淀中主要含有Fe(OH)3、SiO2、Cu(OH)2，溶液中还含有少量Cu2+，故答案为：3.2≦pH<7.2；Fe(OH)3、SiO2、Cu(OH)2；

(5) (CH3)2NH可以看成氨气中的氢原子被甲基取代后的产物，1mol(CH3)2NH中，含有9mol共价键，故答案为：9；

(6)根据图示，该装置为电解池，硫酸根离子从C移向D，因此C池阴极，溶液中Mn2+离子放电生成金属锰，D为阳极，溶液中氢氧根离子放电生成氧气，则A为电源分解，B为正极，若没有阴离子交换膜，溶液中的Mn2+可能在阳极被氧化生成MnO2，电极反应式为Mn2++2H2O-2e-=MnO2+4H+，故答案为：正；Mn2++2H2O-2e-=MnO2+4H+。