Question

18．碳酸錳，俗稱“錳白”，是生產電訊器材軟磁鐵氧體的原料，也是制備Mn₂O₃、MnO₂等錳的氧化物的重要原料，工業(yè)上有廣泛的用途．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）的一種工藝流程如圖1：

已知：幾種金屬離子沉淀的pH如表回答下列問題：

	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

（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．適當升高溫度              B．適當增大壓強
C．研磨礦石                  D．加入大量的蒸餾水
（2）溶浸過程中發(fā)生的主要反應是：FeS₂與MnO₂在稀硫酸中反應生成Fe³⁺、Mn²⁺、SO₄^2-和H₂O．在該反應配平的離子方程式中，氧化劑前面的化學計量數(shù)為15．
（3）除鐵工序中，①先加入軟錳礦，反應的離子方程式為2Fe²⁺+MnO₂+4H⁺=2Fe³⁺+Mn²⁺+2H₂O；
②再加入石灰的目的是3.7～5.2．
（4）凈化工序的目的是除去溶液中的Cu²⁺、Ca²⁺等雜質．若測得濾液中c（Fˉ）=0.01mol•L^-1，濾液中殘留c（Ca²⁺）=1.5×10ˉ⁶mol•L^-1，則K_sp（CaF₂）=1.5×10ˉ¹⁰（mol³•L^-3）．
（5）沉錳工序中，298K、c（Mn²⁺）為1.05mol•L^-1時，實驗測得MnCO₃的產率與溶液的pH、反應時間關系如圖2所示．對比不同反應條件下的曲線，依據(jù)圖中信息，你能獲得的結論有：
①pH等于7.0時反應速率最快，且MnCO₃產率最高；②pH越大越有利于提升MnCO₃的產率．
（6）副產品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，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）除鐵工序中，先加入適量的軟錳礦，使殘余Fe²⁺轉化為Fe³⁺，加入石灰調節(jié)溶液的pH；
（4）根據(jù)K_sp（CaF₂）=c²（F^-）•c（Ca²⁺）計算；
（5）根據(jù)MnCO₃的產率與溶液pH、反應時間關系如圖分析，縱軸是碳酸錳的產率，橫軸為時間，不同PH時的產率變化曲線分析判斷，PH越大，產率越大，曲線越陡反應速率越大分析；
（6）根據(jù)溶液中含有的離子分析副產品的主要成分．

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，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：適當升高溫度，攪拌，研磨礦石，
故答案為：AC；
（2）FeS₂與MnO₂反應后生成Fe³⁺、Mn²⁺和SO₄^2-，1molFeS₂失去15mol電子，作還原劑，1molMnO₂得到2mol電子，作氧化劑，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，所以氧化劑前面的計量數(shù)為15，
故答案為：15；
（3）除鐵工序中，①先加入適量的軟錳礦，使殘余Fe²⁺轉化為Fe³⁺，便于將鐵離子沉淀，反應的離子方程式為2Fe²⁺+MnO₂+4H⁺=2Fe³⁺+Mn²⁺+2H₂O，②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，所以加入石灰調節(jié)溶液的pH的范圍為3.7～5.2，
故答案為：2Fe²⁺+MnO₂+4H⁺=2Fe³⁺+Mn²⁺+2H₂O；3.7～5.2；
（4）根據(jù)題中提供的數(shù)據(jù)可知，K_sp（CaF₂）=c²（F^-）•c（Ca²⁺）=（0.01mol•L^-1）²×1.5×10ˉ⁶mol•L^-1=1.5×10ˉ¹⁰（mol³•L^-3），
故答案為：1.5×10ˉ¹⁰（mol³•L^-3）；
（5）根據(jù)MnCO₃的產率與溶液pH、反應時間關系如圖可知：pH等于7.0時反應到達平衡所用時間最短，即反應速率最快，且MnCO₃產率最高，所以pH越大越有利于提升MnCO₃的產率，
故答案為：pH越大越有利于提升MnCO₃的產率；
（6）溶浸過程中發(fā)生的反應生成硫酸根離子，后來又加入了硫化銨、碳酸氫銨，所以產品中含有（NH₄）₂SO₄，
故答案為：（NH₄）₂SO₄．

點評 本題以工業(yè)流程圖為依托，考查了實驗條件的選擇、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)了學生分析、理解能力及靈活應用所學知識的能力．