Question

6．碳酸錳主要用于制備軟磁鐵氧體，工業(yè)上以軟錳礦（主要成分MnO₂）和黃鐵礦
（主要成分FeS₂）為主要原料制備碳酸錳（MnCO₃難溶，分解溫度較高）的一種工藝流程如下：

已知：幾種金屬離子沉淀的pH如下表：

	Fe2+	Fe3+	Cu2+	Mn2+
開始沉淀的pH	7.5	3.2	5.2	8.8
完全沉淀的pH	9.7	3.7	7.8	10.4

回答下列問題：
（1）為了提高溶浸工序中原料的浸出效率，可以采取的措施有ABC
A．適當(dāng)升高溫度     B．?dāng)嚢?nbsp;     C．研磨礦石      D．加入足量的蒸餾水
（2）溶浸過程中發(fā)生的主要反應(yīng)如下，請完成并配平該反應(yīng)的離子方程式：
2FeS₂+15MnO₂+28H⁺=2Fe³⁺+15Mn²⁺+4SO₄²ˉ+14H₂O
（3）凈化工序的目的是除去溶液中的Cu²⁺、Ca²⁺等雜質(zhì)．
請寫出除去Cu²⁺的離子方程式：Cu²⁺+S²ˉ=CuS↓；
若測得濾液中c（Fˉ）=0.01mol•Lˉ¹，則濾液中殘留c（Ca²⁺）=1.5×10^-6mol•Lˉ¹．
[已知：K_sp（CaF₂）=1.5×10ˉ¹⁰]
（4）除鐵工序中，先加入適量的軟錳礦，其作用是使殘余Fe²⁺轉(zhuǎn)化為Fe³⁺，再加入石灰調(diào)節(jié)溶液的pH的范圍為3.7～5.2．
（5）副產(chǎn)品A的主要成分是（NH₄）₂SO₄．

Answer 1

分析 由流程可知軟錳礦（主要成分MnO₂）和黃鐵礦加入硫酸酸浸過濾得到浸出液調(diào)節(jié)溶液PH，使鐵離子全部沉淀，過濾得到浸出液中主要含有Cu²⁺、Ca²⁺等雜質(zhì)，加入硫化銨和氟化銨，除去Cu²⁺、Ca²⁺過濾，在濾液中加入碳酸氫銨和氨水過濾得到混合溶液加熱趕出氨氣結(jié)晶析出得到硫酸銨，濾渣為碳酸錳，通過洗滌、烘干得到硫酸錳晶體，
（1）升高溫度、攪拌、減小固體的顆粒等均能加速固體的溶解，據(jù)此分析；
（2）FeS₂與MnO₂反應(yīng)后生成Fe³⁺、Mn²⁺和SO₄^2-，1molFeS₂失去15mol電子，1molMnO₂得到2mol電子，根據(jù)得失電子守恒、原子守恒和電荷守恒分析配平；
（3）凈化工序中用硫離子與Cu²⁺、Ca²⁺反應(yīng)生成沉淀，而除去Cu²⁺、Ca²⁺，根據(jù)KK_sp（CaF₂）和c（F^-）求算鈣離子濃度；
（4）鐵工序中，先加入適量的軟錳礦，使殘余Fe²⁺轉(zhuǎn)化為Fe³⁺，根據(jù)三價鐵離子沉淀的pH范圍判斷；
（5）根據(jù)MnCO₃的產(chǎn)率與溶液pH、反應(yīng)時間關(guān)系如圖分析；
（6）根據(jù)溶液中含有的離子分析副產(chǎn)品的主要成分．

解答 解：軟錳礦（主要成分MnO₂）和黃鐵礦加入硫酸酸浸過濾得到浸出液調(diào)節(jié)溶液PH，使鐵離子全部沉淀，過濾得到浸出液中主要含有Cu²⁺、Ca²⁺等雜質(zhì)，加入硫化銨和氟化銨，除去Cu²⁺、Ca²⁺過濾，在濾液中加入碳酸氫銨和氨水過濾得到混合溶液加熱趕出氨氣結(jié)晶析出得到硫酸銨，濾渣為碳酸錳，通過洗滌、烘干得到硫酸錳晶體，
（1）升高溫度、攪拌、減小固體的顆粒等均能加速固體的溶解，所以為了提高溶浸工序中原料的浸出效率，可以采取的措施有：適當(dāng)升高溫度，攪拌，研磨礦石，
故答案為：ABC；
（2）FeS₂與MnO₂反應(yīng)后生成Fe³⁺、Mn²⁺和SO₄^2-，1molFeS₂失去15mol電子，1molMnO₂得到2mol電子，根據(jù)得失電子守恒，F(xiàn)eS₂的計量數(shù)為2，MnO₂的計量數(shù)為15，則生成的Fe³⁺計量數(shù)為2，SO₄^2-的計量數(shù)為4，Mn²⁺的計量數(shù)為15，根據(jù)電荷守恒可知反應(yīng)物中有H⁺，根據(jù)原子守恒可知生成物有H₂O；所以離子方程式配平為：
2FeS₂+15MnO₂+28H⁺=2Fe³⁺+14H₂O+15Mn²⁺+4SO₄²，
故答案為：28H⁺；2；15；4；14H₂O；
（3）凈化工序中用硫離子與Cu²⁺、Ca²⁺反應(yīng)生成沉淀，而除去Cu²⁺、Ca²⁺，反應(yīng)的離子方程式為Cu²⁺+S²ˉ=CuS↓，已知K_sp（CaF₂））=1.5×10^-10，c（F^-）=0.01 mol•L^-1 ，則c（Ca²⁺）=$\frac{Ksp}{c{\;}^{2}（F{\;}^{-}）}$=$\frac{1.5×1{0}^{-10}}{0.0{1}^{2}}$=1.5×10^-6mol•L^-1，
故答案為：Cu²⁺+S²ˉ=CuS↓；1.5×10^-6；
（4）鐵工序中，先加入適量的軟錳礦，使殘余Fe²⁺轉(zhuǎn)化為Fe³⁺，便于將鐵離子沉淀，由表中數(shù)據(jù)可知三價鐵離子完全的沉淀的PH為3.7，銅離子開始沉淀的范圍為5.2，所以加入石灰調(diào)節(jié)溶液的pH的范圍為3.7～5.2，
故答案為：使殘余Fe²⁺轉(zhuǎn)化為Fe³⁺；3.7～5.2；
（5）根據(jù)MnCO₃的產(chǎn)率與溶液pH、反應(yīng)時間關(guān)系如圖可知：pH等于7.0時反應(yīng)到達(dá)平衡所用時間最短，即反應(yīng)速率最快，且MnCO₃產(chǎn)率最高，
故答案為：pH等于7.0時反應(yīng)速率最快，且MnCO₃產(chǎn)率最高；
（6）溶浸過程中發(fā)生的反應(yīng)生成硫酸根離子，后來又加入了硫化銨、碳酸氫銨，所以產(chǎn)品中含有（NH₄）₂SO₄，
故答案為：（NH₄）₂SO₄．

點(diǎn)評 本題以工業(yè)流程圖為依托，考查了實(shí)驗條件的選擇、離子方程式的書寫、Ksp的計算等，題目難度中等，解題關(guān)鍵是合理分析題中生成流程及表中離子完全沉淀時的數(shù)據(jù)的含義，試題培養(yǎng)了學(xué)生分析、理解能力及靈活應(yīng)用所學(xué)知識的能力．