MnO2是重要的化工原料,由軟錳礦(主要成分為MnO2,主要雜質(zhì)有Al2O3和SiO2)制備MnO2的一種工藝流程如圖:
已知:①金屬離子沉淀的pH
|
Fe3+ |
Al3+ |
Mn2+ |
Fe2+ |
開(kāi)始沉淀時(shí) |
1.5 |
3.4 |
5.8 |
6.3 |
完全沉淀時(shí) |
2.8 |
4.7 |
7.8 |
8.3 |
②該工藝條件下,MnO
2與H
2SO
4不反應(yīng),MnO
2的氧化性隨酸性的減弱逐漸減弱。
(1)溶出:溶出時(shí),F(xiàn)e的氧化過(guò)程及得到Mn
2+的主要途徑如圖所示:
①步驟Ⅱ是從軟錳礦中溶出Mn
2+的主要反應(yīng),反應(yīng)的離子方程式是
MnO2+4H++2Fe2+═Mn2++2Fe3++2H2O
MnO2+4H++2Fe2+═Mn2++2Fe3++2H2O
。
②若Fe
2+全部來(lái)自于反應(yīng)Fe+2H
+═Fe
2++H
2↑,完全溶出Mn
2+所需Fe與MnO
2的物質(zhì)的量比值為2。而實(shí)際比值(0.9)小于2,原因是
二氧化錳能夠氧化單質(zhì)鐵為Fe2+
二氧化錳能夠氧化單質(zhì)鐵為Fe2+
。
(2)純化:
①純化時(shí)需要加入的試劑有MnO
2和NH
3?H
2O,加入的順序?yàn)?
A
A
。
A.先加入MnO
2,后加入NH
3?H
2O
B.先加入NH
3?H
2O,后加入MnO
2②加入氨水時(shí),需要調(diào)節(jié)溶液pH的范圍:
4.7≤pH<5.8
4.7≤pH<5.8
。
(3)電解:Mn
2+純化液經(jīng)電解得MnO
2。生成MnO
2的電極反應(yīng)式是
Mn2+-2e-+2H2O=MnO2+4H+
Mn2+-2e-+2H2O=MnO2+4H+
。
(4)已知MnSO
4可發(fā)生如下反應(yīng):MnSO
4+K
2S
2O
8+4NaOH═MnO
2↓+K
2SO
4+2Na
2SO
4+2H
2O。Mn
SO
4和K
2S
2O
8的物質(zhì)的量相同,改變NaOH的物質(zhì)的量,測(cè)得Mn的轉(zhuǎn)化率、MnO
2的含量(
)與NaOH和MnSO
4物質(zhì)的量比值之間的關(guān)系如圖所示。
根據(jù)信息,補(bǔ)充完整制取純凈MnO
2的實(shí)驗(yàn)方案:將20mL1.0mol?L
-1的MnSO
4溶液和20mL1.0mol?L
-1的K
2S
2O
8溶液混合,
加入NaOH,調(diào)節(jié)
=4.5,發(fā)生反應(yīng)MnSO
4+K
2S
2O
8+4NaOH═MnO
2↓+K
2SO
4+2Na
2SO
4+2H
2O,過(guò)濾、洗滌、干燥
加入NaOH,調(diào)節(jié)
=4.5,發(fā)生反應(yīng)MnSO
4+K
2S
2O
8+4NaOH═MnO
2↓+K
2SO
4+2Na
2SO
4+2H
2O,過(guò)濾、洗滌、干燥
,得到純凈的MnO
2。(實(shí)驗(yàn)中可使用的試劑是1.0mol?L
-1NaOH溶液、1.0mol?L
-1H
2SO
4溶液、1.0mol?L
-1BaCl
2溶液)