题目
LiMn2O4作为一种新型锂电池正极材料受到广泛关注。由菱锰矿（MnCO3，含有少量Si、Fe、Ni、Al等元素）制备LiMn2O4的流程如图：硫酸 MnO2石灰乳 BaS 碳酸锂CO2和O2-|||-A-|||-能锰矿 - 反应器 调approx 7 分离器 电解槽 MnO2 煅烧窑 LiMn2O4-|||-滤渣 电解废液已知：Ksp[Fe（OH）3]=2.8×10-39，Ksp[Al（OH）3]=1.3×10-33，Ksp[Ni（OH）2]=5.5×10-16。回答下列问题：（1）硫酸溶矿主要反应的化学方程式为 ____ 。为提高溶矿速率，可采取的措施 ____ （举1例）。（2）加入少量MnO2的作用是 ____ 。不宜使用H2O2替代MnO2，原因是 ____ 。（3）溶矿反应完成后，反应器中溶液pH=4，此时c（Fe3+）= ____ mol•L-1；用石灰乳调节至pH≈7，除去的金属离子是 ____ 。（4）加入少量BaS溶液除去Ni2+，生成的沉淀有 ____ 。（5）煅烧窑中，生成LiMn2O4反应的化学方程式是 ____ 。
LiMn2O4作为一种新型锂电池正极材料受到广泛关注。由菱锰矿（MnCO3，含有少量Si、Fe、Ni、Al等元素）制备LiMn2O4的流程如图：
已知：Ksp[Fe（OH）3]=2.8×10-39，Ksp[Al（OH）3]=1.3×10-33，Ksp[Ni（OH）2]=5.5×10-16。
回答下列问题：
（1）硫酸溶矿主要反应的化学方程式为 ____ 。为提高溶矿速率，可采取的措施 ____ （举1例）。
（2）加入少量MnO2的作用是 ____ 。不宜使用H2O2替代MnO2，原因是 ____ 。
（3）溶矿反应完成后，反应器中溶液pH=4，此时c（Fe3+）= ____ mol•L-1；用石灰乳调节至pH≈7，除去的金属离子是 ____ 。
（4）加入少量BaS溶液除去Ni2+，生成的沉淀有 ____ 。
（5）煅烧窑中，生成LiMn2O4反应的化学方程式是 ____ 。
已知：Ksp[Fe（OH）3]=2.8×10-39，Ksp[Al（OH）3]=1.3×10-33，Ksp[Ni（OH）2]=5.5×10-16。
回答下列问题：
（1）硫酸溶矿主要反应的化学方程式为 ____ 。为提高溶矿速率，可采取的措施 ____ （举1例）。
（2）加入少量MnO2的作用是 ____ 。不宜使用H2O2替代MnO2，原因是 ____ 。
（3）溶矿反应完成后，反应器中溶液pH=4，此时c（Fe3+）= ____ mol•L-1；用石灰乳调节至pH≈7，除去的金属离子是 ____ 。
（4）加入少量BaS溶液除去Ni2+，生成的沉淀有 ____ 。
（5）煅烧窑中，生成LiMn2O4反应的化学方程式是 ____ 。
题目解答
答案
解：（1）硫酸溶矿过程中，MnCO3和稀硫酸反应生成硫酸锰、二氧化碳、水，主要反应的化学方程式为MnCO3+H2SO4=MnSO4+H2O+CO2↑；根据影响反应速率的因素，粉碎菱锰矿、适当升高温度、适当增大硫酸浓度都能提高溶矿速率，
故答案为：MnCO3+H2SO4=MnSO4+H2O+CO2↑；粉碎菱锰矿；
（2）MnO2具有氧化性，加入少量MnO2的作用是将Fe2+氧化为Fe3+。Fe3+可以催化H2O2分解，所以不宜使用H2O2替代MnO2，
故答案为：将Fe2+氧化为Fe3+；Fe3+可以催化H2O2分解；
（3）溶矿反应完成后，反应器中溶液pH=4，c（OH-）=1×10-10，此时c（Fe3+）=$\frac{2.8×1{0}^{-39}}{{（1×1{0}^{-10}）}^{3}}=2.8×1{0}^{-9}$ mol•L-1；Ksp[Al（OH）3]=1.3×10-33，用石灰乳调节至pH≈7，c（Al3+）=$\frac{1.3×1{0}^{-33}}{{（1×1{0}^{-7}）}^{3}}=1.3×1{0}^{-12}$，Al3+完全转化为氢氧化铝沉淀，除去的金属离子是Al3+，
故答案为：2.8×10-9；Al3+；
（4）加入少量BaS溶液除去Ni2+，可知生成的沉淀有BaSO4、NiS，
故答案为：BaSO4、NiS；
（5）根据流程图，煅烧窑中碳酸锂、二氧化锰反应生成LiMn2O4、二氧化碳、氧气，反应的化学方程式是2Li2CO3+8MnO2$\frac{\underline{煅烧}}{\;}$4LiMn2O4+2CO2↑+O2↑，
故答案为：2Li2CO3+8MnO2$\frac{\underline{煅烧}}{\;}$4LiMn2O4+2CO2↑+O2↑。
故答案为：MnCO3+H2SO4=MnSO4+H2O+CO2↑；粉碎菱锰矿；
（2）MnO2具有氧化性，加入少量MnO2的作用是将Fe2+氧化为Fe3+。Fe3+可以催化H2O2分解，所以不宜使用H2O2替代MnO2，
故答案为：将Fe2+氧化为Fe3+；Fe3+可以催化H2O2分解；
（3）溶矿反应完成后，反应器中溶液pH=4，c（OH-）=1×10-10，此时c（Fe3+）=$\frac{2.8×1{0}^{-39}}{{（1×1{0}^{-10}）}^{3}}=2.8×1{0}^{-9}$ mol•L-1；Ksp[Al（OH）3]=1.3×10-33，用石灰乳调节至pH≈7，c（Al3+）=$\frac{1.3×1{0}^{-33}}{{（1×1{0}^{-7}）}^{3}}=1.3×1{0}^{-12}$，Al3+完全转化为氢氧化铝沉淀，除去的金属离子是Al3+，
故答案为：2.8×10-9；Al3+；
（4）加入少量BaS溶液除去Ni2+，可知生成的沉淀有BaSO4、NiS，
故答案为：BaSO4、NiS；
（5）根据流程图，煅烧窑中碳酸锂、二氧化锰反应生成LiMn2O4、二氧化碳、氧气，反应的化学方程式是2Li2CO3+8MnO2$\frac{\underline{煅烧}}{\;}$4LiMn2O4+2CO2↑+O2↑，
故答案为：2Li2CO3+8MnO2$\frac{\underline{煅烧}}{\;}$4LiMn2O4+2CO2↑+O2↑。
解析
步骤 1：硫酸溶矿反应
硫酸溶矿过程中，菱锰矿中的MnCO_3与硫酸反应生成硫酸锰、二氧化碳和水。
步骤 2：提高溶矿速率
提高溶矿速率的方法包括粉碎菱锰矿、适当升高温度、适当增大硫酸浓度等。
步骤 3：MnO_2的作用
MnO_2具有氧化性，可以将Fe^{2+}氧化为Fe^{3+}，便于后续沉淀除去。
步骤 4：Fe^{3+}浓度计算
根据溶矿反应后溶液的pH值，计算Fe^{3+}的浓度。
步骤 5：调节pH值
用石灰乳调节pH值至7，使Al^{3+}沉淀除去。
步骤 6：BaS的作用
加入BaS溶液，与Ni^{2+}反应生成沉淀，除去Ni^{2+}。
步骤 7：煅烧窑反应
在煅烧窑中，碳酸锂和二氧化锰反应生成LiMn_2O_4、二氧化碳和氧气。
硫酸溶矿过程中，菱锰矿中的MnCO_3与硫酸反应生成硫酸锰、二氧化碳和水。
步骤 2：提高溶矿速率
提高溶矿速率的方法包括粉碎菱锰矿、适当升高温度、适当增大硫酸浓度等。
步骤 3：MnO_2的作用
MnO_2具有氧化性，可以将Fe^{2+}氧化为Fe^{3+}，便于后续沉淀除去。
步骤 4：Fe^{3+}浓度计算
根据溶矿反应后溶液的pH值，计算Fe^{3+}的浓度。
步骤 5：调节pH值
用石灰乳调节pH值至7，使Al^{3+}沉淀除去。
步骤 6：BaS的作用
加入BaS溶液，与Ni^{2+}反应生成沉淀，除去Ni^{2+}。
步骤 7：煅烧窑反应
在煅烧窑中，碳酸锂和二氧化锰反应生成LiMn_2O_4、二氧化碳和氧气。