Question

7．以某菱錳礦（含MnCO₃、SiO₂、FeCO₃和少量Al₂O₃等）為原料通過以下方法可獲得碳酸錳粗產(chǎn)品如圖

已知：K_sp（MnCO₃）=2.2×10^-11，K_sp[Mn（OH）₂]=1.9×10^-13，K_sp[Al（OH）₃]=1.3×10^-33）
（1）濾渣1中，含鐵元素的物質(zhì)主要是Fe（OH）₃（填化學(xué)式，下同）；加NaOH調(diào)節(jié)溶液的pH約為5，如果pH過大，可能導(dǎo)致濾渣1中Al（OH）₃、SiO₂含量減少．
（2）濾液2中，+1價陽離子除了H⁺外還有Na⁺、NH₄⁺（填離子符號）．
（3）取“沉錳”前溶液amL于錐形瓶中，加入少量AgNO₃溶液（作催化劑）和過量的1.5%（NH₄）₂S₂O₈溶液，加熱，Mn²⁺被氧化為MnO₄^-，反應(yīng)一段時間后再煮沸5min[除去過量的（NH₄）₂S₂O₈]，冷卻至室溫．選用適宜的指示劑，用b mol•L^-1 的（NH₄）₂Fe（SO₄）標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定至終點，消耗（NH₄）₂Fe（SO₄）₂標(biāo)準(zhǔn)溶液V mL．
①Mn²⁺與（NH₄）₂S₂O₈反應(yīng)的還原產(chǎn)物為SO₄^2-[或“H₂SO₄”“Na₂SO₄”“（NH₄）₂SO₄”]（填化學(xué)式）．
②“沉錳”前溶液中c（Mn²⁺）=$\frac{bV}{5a}$mol•L^-1（列出表達式）．
（4）其他條件不變，“沉錳”過程中錳元素回收率與NH₄HCO₃初始濃度（c₀）、反應(yīng)時間的關(guān)系如圖示．

①NH₄HCO₃初始濃度越大，錳元素回收率越高（填“高”或“低”），簡述原因NH₄HCO₃初始濃度越大，溶液中c（CO₃^2-）度越大，根據(jù)溶度積K_sp（MnCO₃）=c（Mn²⁺）×c（CO₃^2-）可知溶液c（Mn²⁺）越小，析出的MnCO₃越多；．
②若溶液中c（Mn²⁺）=1.0mol•L^-1，加入等體積1.8mol•L^-1 NH₄HCO₃溶液進行反應(yīng)，計算20～40min內(nèi)v（Mn²⁺）=0.0075mol/（L．min）．

Answer 1

分析 菱錳礦用稀硫酸溶解，MnCO₃、FeCO₃、Al₂O₃都和稀硫酸反應(yīng)生成硫酸鹽，SiO₂不反應(yīng)，酸性條件下，加入MnO₂將Fe²⁺氧化為Fe³⁺，MnO₂還原生成Mn²⁺，調(diào)節(jié)溶液的pH，使Fe³⁺、Al³⁺完全轉(zhuǎn)化為Fe（OH）₃、Al（OH）₃沉淀，過濾分離，濾渣1為SiO₂、Al（OH）₃、Fe（OH）₃，濾液中存在 MnSO₄、硫酸鈉等，加入碳酸氫銨得到MnCO₃，過濾分離，濾液2中含有硫酸銨、硫酸鈉等．
（1）濾渣1中，含鐵元素的物質(zhì)主要是氫氧化鐵；加NaOH調(diào)節(jié)溶液的pH約為5，如果pH過大，可能導(dǎo)致濾渣1中氫氧化鋁、二氧化硅溶解；
（2）濾液2中一定含調(diào)節(jié)溶液PH加入的鈉離子，濾液2中含有硫酸銨、硫酸鈉等；
（3）①Mn²⁺被氧化，（NH₄）₂S₂O₈中S元素還原為硫酸根，Mn²⁺與（NH₄）₂S₂O₈反應(yīng)是氧化錳離子為高錳酸根離子，（NH₄）₂S₂O₈的還原產(chǎn)物為硫酸鹽；
②由Mn元素守恒、電子轉(zhuǎn)移守恒，可得關(guān)系式：Mn²⁺～MnO₄^-～5Fe²⁺，結(jié)合關(guān)系式計算；
（4）①由圖可知，NH₄HCO₃初始濃度越大，錳元素回收率越高；NH₄HCO₃初始濃度越大，溶液中碳酸根離子濃度越大，根據(jù)溶度積可知溶液c（Mn²⁺）越��；
②若溶液中c（Mn²⁺）=1.0 mol•L^-1，加入等體積1.8 mol•L^-1NH₄HCO₃溶液進行反應(yīng)，混合后NH₄HCO₃溶液濃度為0.9mol/L，為圖象中d曲線，根據(jù)回收率可以計算△c（Mn²⁺），進而計算20～40 min內(nèi)v（Mn²⁺）．

解答 解：菱錳礦用稀硫酸溶解，MnCO₃、FeCO₃、Al₂O₃都和稀硫酸反應(yīng)生成硫酸鹽，SiO₂不反應(yīng)，酸性條件下，加入MnO₂將Fe²⁺氧化為Fe³⁺，MnO₂還原生成Mn²⁺，調(diào)節(jié)溶液的pH，使Fe³⁺、Al³⁺完全轉(zhuǎn)化為Fe（OH）₃、Al（OH）₃沉淀，過濾分離，濾渣1為SiO₂、Al（OH）₃、Fe（OH）₃，濾液中存在 MnSO₄、硫酸鈉等，加入碳酸氫銨得到MnCO₃，過濾分離，濾液2中含有硫酸銨、硫酸鈉等．
（1）濾渣1中，含鐵元素的物質(zhì)主要是Fe（OH）₃；加NaOH調(diào)節(jié)溶液的pH約為5，如果pH過大，可能導(dǎo)致濾渣1中SiO₂、Al（OH）₃溶解，導(dǎo)致濾渣1中SiO₂、Al（OH）₃減小，
故答案為：Fe（OH）₃；SiO₂、Al（OH）₃；
（2）濾液2中含有硫酸銨、硫酸鈉等，+1價陽離子除了H⁺外還有：Na⁺、NH₄⁺，
故答案為：Na⁺、NH₄⁺；
（3）①Mn²⁺被氧化，（NH₄）₂S₂O₈中S元素還原為SO₄^2-[或“H₂SO₄”“Na₂SO₄”“（NH₄）₂SO₄”]，
故答案為：SO₄^2-[或“H₂SO₄”“Na₂SO₄”“（NH₄）₂SO₄”]；
②由Mn元素守恒、電子轉(zhuǎn)移守恒，可得關(guān)系式：Mn²⁺～MnO₄^-～5Fe²⁺，則n（Mn²⁺）=$\frac{1}{5}$n（Fe²⁺），所以c（Mn²⁺）=$\frac{\frac{1}{5}×V×1{0}^{-3}L×bmol/L}{a×1{0}^{-3}L}$=$\frac{bV}{5a}$mol/L，
故答案為：$\frac{bV}{5a}$；
（4）①由圖可知，NH₄HCO₃初始濃度越大，錳元素回收率越高，NH₄HCO₃初始濃度越大，溶液中c（CO₃^2-）度越大，根據(jù)溶度積K_sp（MnCO₃）=c（Mn²⁺）×c（CO₃^2-）可知溶液c（Mn²⁺）越小，析出的MnCO₃越多，
故答案為：高；NH₄HCO₃初始濃度越大，溶液中c（CO₃^2-）度越大，根據(jù)溶度積K_sp（MnCO₃）=c（Mn²⁺）×c（CO₃^2-）可知溶液c（Mn²⁺）越小，析出的MnCO₃越多；
②若溶液中c（Mn²⁺）=1.0 mol•L^-1，加入等體積1.8 mol•L^-1NH₄HCO₃溶液進行反應(yīng)，混合后NH₄HCO₃溶液濃度為0.9mol/L，為圖象中d曲線，20～40 min內(nèi)△c（Mn²⁺）=1mol/L×$\frac{1}{2}$×（50%-20%）=0.15mol/L，則20～40 min內(nèi)v（Mn²⁺）=$\frac{0.15mol/L}{（40-20）mol}$=0.0075mol/（L．min），
故答案為：0.0075mol/（L．min）．

點評 本題考查物質(zhì)準(zhǔn)備工藝流程，涉及混合物的分離和提純、氧化還原反應(yīng)滴定、信息獲取與遷移運用等，側(cè)重考查學(xué)生對知識的綜合運用能力，需要學(xué)生具備扎實的基礎(chǔ)，題目難度中等．