Mn3O4应用广泛，常用于制作软磁体、石墨烯电极及锂离子电池电极等材料．以碳酸锰矿（主要成分为MnCO3，还含有铁（+2价）、镍（+2价）、钴（+2价）等碳酸盐杂质）为原料生产Mn3O4的工艺流

Question

Mn₃O₄应用广泛，常用于制作软磁体、石墨烯电极及锂离子电池电极等材料．以碳酸锰矿（主要成分为MnCO₃，还含有铁（+2价）、镍（+2价）、钴（+2价）等碳酸盐杂质）为原料生产Mn₃O₄的工艺流程如下（如图1）：
请回答下列问题：
（1）MnS、CoS、NiS三种难溶物中，溶解度最大的是___．
（2）步骤Ⅱ中，加入MnO₂主要目的是___．
（3）步骤Ⅳ中不加入氨水也可得到碳酸锰，不加入氨水时反应的化学方程式是___．
（4）25℃、c（Mn²⁺）=1.05mol/L时，MnCO₃的产率与溶液pH、反应时间的关系如图2所示．根据图中信息得出的结论是___；
（5）焙烧高纯度的MnCO₃（s）可得Mn₃O₄（s）．
已知：25℃、101kp_a时，
3Mn（s）+2O₂（g）=Mn₃O₄（s）△H=-1380kJ/mol
C（s）+O₂（g）=CO₂（g）△H=-394kJ/mol
2Mn（s）+2C（s）+3O₂（g）=2MnCO₃（s）△H=-1790kJ/mol
则MnCO₃（s）生成Mn₃O₄（s）的热化学方程式是___．
（6）Mn₃O₄可制备锂离子电池正极材料LiMn₂O₄．某锂离子电池的电池反应是：
Li_1+y-xMn₂O₄+Li_xC₆=Li_1+y Mn₂O₄+C₆，负极的电极反应式是Li_xC₆-xe^-=C₆+xLi⁺，正极的电极反应式是___．
（6）现用100t质量分数为34.5%的碳酸锰矿经过上述流程，若步骤Ⅰ中浸出率为90%，步骤Ⅱ中加入MnO₂引入的锰元素相当于2610kg MnO₂，步骤Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ中锰元素的总利用率为90%，可得到Mn₃O₄___kg．（提示：MnCO₃、MnO₂、Mn₃O₄）的摩尔质量分别为115、87、229g/mol）

Answer 1

向碳酸锰矿（主要成分为MnCO₃，还含有铁（+2价）、镍（+2价）、钴（+2价）等碳酸盐杂质）中加入硫酸，这些碳酸盐和稀硫酸反应生成硫酸盐，向溶液中加入二氧化锰、氨水并调节溶液的pH，可以将亚铁离子氧化为铁离子，调节pH可以将氢氧化铁沉淀下来，向滤液A中加入硫化铵，可以将镍离子、钴离子形成硫化物沉淀下来，过滤后得到硫酸锰溶液，向滤液中加入碳酸氢铵、氨水，得到碳酸锰沉淀和滤液B，煅烧碳酸锰固体得到Mn₃O₄，
（1）根据III到IV的反应确定MnS、CoS、NiS三种难溶物中溶解度最大的物质是MnS，故答案为：MnS；
（2）MnO₂具有氧化性，能氧化还原性的铁离子，调节溶液的pH从而将铁元素除去，故答案为：在酸性条件下将Fe²⁺离子氧化为Fe³⁺；
（3）步骤Ⅳ中不加入氨水也可得到碳酸锰，不加入氨水时碳酸氢铵和硫酸锰反应生成碳酸锰沉淀，反应方程式为MnSO₄+2NH₄HCO₃═MnCO₃↓+（ NH₄）₂SO₄+CO₂↑+H₂O，故答案为：MnSO₄+2NH₄HCO₃═MnCO₃↓+（ NH₄）₂SO₄+CO₂↑+H₂O；
（4）根据图知pH等于7.0时反应速率最快，且MnCO₃的产率最高（或pH越大得到的MnCO₃的产率越高，所需要的时间越短，且在pH=7时，有更好的效果），
故答案为：pH等于7.0时反应速率最快，且MnCO₃的产率最高（或pH越大得到的MnCO₃的产率越高，所需要的时间越短，且在pH=7时，有更好的效果）；
（5）①3Mn（s）+2O₂（g）=Mn₃O₄（s）△H=-1380kJ/mol
②C（s）+O₂（g）=CO₂（g）△H=-394kJ/mol
③2Mn（s）+2C（s）+3O₂（g）=2MnCO₃（s）△H=-1790kJ/mol
将方程式2①+6②-3③6MnCO₃（s）+O₂（g）=2Mn₃O₄（s）+6CO₂（g）△H=2（-1380kJ/mol
）+6（-394kJ/mol）-3（-1790kJ/mol）=+246kJ/mol，
故答案为：6MnCO₃（s）+O₂（g）=2Mn₃O₄（s）+6CO₂（g）△H=+246kJ/mol；
（6）电池反应式减去负极反应式即得正极反应式为Li_1+y-xMn₂O₄+xLi⁺+xe^-=Li_1+y Mn₂O₄，故答案为：Li_1+y-xMn₂O₄+xLi⁺+xe^-=Li_1+y Mn₂O₄；
（7）设Mn₃O₄的质量为xkg，根据Mn元素守恒得（1×10000kg×34.5%×(55)/(115)×90%+2610kg×(55)/(87)）×90%=xkg×(165)/(229)，x=20610，
故答案为：20610．