Question

3．現(xiàn)代冶煉金屬錳的一種工藝流程如下圖所示：
下表為t℃時(shí)，有關(guān)物質(zhì)的pKp（注：pKp=-1gKp）

物質(zhì)	Fe（OH）3	Cu（OH）2	Ca（OH）2	Mn（OH）2	CuS	CaS	MnS	MnCO3
pKp	37.4	19.3	5.26	12.7	35.2	5.86	12.6	10.7

①軟錳礦還原浸出的反應(yīng)為：12MnO₂+C₆H₁₂O₆+12H₂SO₄=12MnSO₄+6CO₂↑+18H₂O該反應(yīng)中，還原劑為C₆H₁₂O₆．寫出一種能提高還原浸出速率的措施：升高溫度或?qū)④涘i礦研細(xì)等
②濾液1的pH＞（填“＞”“＜”或“═”）MnSO₄浸出液的pH．
③加入MnF₂的目的除去Ca²⁺（填“Ca²⁺”、“Fe³⁺”、或“Cu²⁺”）

Answer 1

分析 向軟錳礦（主要成分為MnCO₃，還含有鐵、鈣、銅等鹽雜質(zhì)）中加入硫酸和還原劑，軟錳礦還原浸出的反應(yīng)為：12MnO₂+C₆H₁₂O₆+12H₂SO₄=12MnSO₄+6CO₂↑+18H₂O，還原浸出液中含有Mn²⁺、Ca²⁺、Fe³⁺、Cu²⁺，F(xiàn)e（OH）₃pKp為37.4與其它離子相比最大，調(diào)節(jié)pH可以將氫氧化鐵沉淀下來，向?yàn)V液中加入硫化銨，CuSpKp為35.2，可以將銅離子形成硫化物沉淀下來，再加入MnF₂，形成CaF₂沉淀，除去Ca²⁺，最后對(duì)得到的含有錳離子的鹽電解，可以得到金屬錳．
①在化學(xué)反應(yīng)中元素化合價(jià)升高的是還原劑，化合價(jià)降低的為氧化劑，影響浸出速率速率的因素有溫度、濃度、表面積、溶劑等因素；
②Kp為電離平衡常數(shù)，pKp=-1gKp，pKp越大，沉淀溶解平衡常數(shù)越小，濾液1為形成Fe（OH）₃沉淀后的濾液，成分為Ca²⁺，Cu²⁺，Mn²⁺，根據(jù)pKp判斷出濾液1PH大于MnSO₄浸出液的pH；
③CaF₂難溶于水，加入MnF₂的目的除去形成CaF₂沉淀，除去Ca²⁺．

解答 解：向軟錳礦（主要成分為MnCO₃，還含有鐵、鈣、銅等鹽雜質(zhì)）中加入硫酸和還原劑，軟錳礦還原浸出的反應(yīng)為：12MnO₂+C₆H₁₂O₆+12H₂SO₄=12MnSO₄+6CO₂↑+18H₂O，還原浸出液中含有MnSO₄、Ca²⁺、Fe³⁺、Cu²⁺，F(xiàn)e（OH）₃pKp為37.4與其它離子相比最大，調(diào)節(jié)pH可以將氫氧化鐵沉淀下來，向?yàn)V液中加入硫化銨，CuSpKp為35.2，可以將銅離子形成硫化物沉淀下來，再加入MnF₂，形成CaF₂沉淀，除去Ca²⁺，最后對(duì)得到的含有錳離子的鹽電解，可以得到金屬錳．
①C₆H₁₂O₆+12 MnO₂+12H₂SO₄=12 MnSO₄十6CO₂十18H₂O反應(yīng)中C₆H₁₂O₆中的C由0價(jià)升高到CO₂中的+4價(jià)，MnO₂中的Mn由+4價(jià)降低到MnSO₄中+2價(jià)，1molC₆H₁₂O₆反應(yīng)碳原子共失去24個(gè)電子，元素化合價(jià)升高的是還原劑，C₆H₁₂O₆中的C由0價(jià)升高到CO₂中的+4價(jià)，所以還原劑為C₆H₁₂O₆，影響浸出速率速率的因素有溫度、濃度、表面積、溶劑等因素，升高溫度或?qū)④涘i礦研細(xì)等措施能提高還原浸出速率，
故答案為：C₆H₁₂O₆；升高溫度或?qū)④涘i礦研細(xì)等；
②軟錳礦還原浸出的反應(yīng)為：12MnO₂+C₆H₁₂O₆+12H₂SO₄=12MnSO₄+6CO₂↑+18H₂O，溶液呈強(qiáng)酸性，還原浸出液中含有Mn²⁺、Ca²⁺、Fe³⁺、Cu²⁺，此時(shí)未形成沉淀，Kp為電離平衡常數(shù)，pKp=-1gKp，pKp越大，沉淀溶解平衡常數(shù)越小，濾液1為形成Fe（OH）₃沉淀，pKp=-1gKp=37.4，Kp=10^-37.4，Kp=c（Fe³⁺）×c³（OH^-）=10^-37.4，c（OH^-）≈10^-10，c（H⁺）=1×10^-4mol/L，pH=4，所以濾液1的pH大于MnSO₄浸出液的pH=4才能形成氫氧化鐵沉淀，
故答案為：＞；
③CaF₂難溶于水，濾液2為Mn²⁺、Ca²⁺、NH₄⁺、SO₄^2-，加入MnF₂的目的除去形成CaF₂沉淀，除去Ca²⁺，
故答案為：Ca²⁺．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了現(xiàn)代冶煉金屬錳的一種工藝流程分析，注意沉淀溶解平衡應(yīng)用以及流程中分離提純物質(zhì)的原理，題目難度中等．