Question

16．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品：

（1）“酸浸”時加快反應速率的方法除了增加硫酸的濃度和加熱外，還有將礦石粉碎（或攪拌等）．（寫出一種）
（2）在加NaOH調節(jié)溶液的pH時約為5，如果pH過大，可能導致濾渣1中Al（OH）₃、SiO₂
（填化學式）的含量減少．
（3）取“沉錳”前溶液a mL于錐形瓶中，加入少量AgNO₃溶液（作催化劑）和過量的1.5%（NH₄）2S₂O₈（過二硫酸氨）溶液，加熱，Mn²⁺被氧化為MnO₄^-，反應一段時間后再煮沸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）₂標準溶液滴定至終點，平均消耗（NH₄）₂Fe（SO₄）₂標準溶液的體積為V mL．
①Mn²⁺與（NH₄）₂S₂O₈反應的離子方程式為2Mn²⁺+5S₂O₈^2-+8H₂O$\frac{\underline{\;Ag+\;}}{\;}$2MnO₄^-+10SO₄^2-+16H⁺．
②用含a、b、V的代數式表示“沉錳”前溶液中c（Mn²⁺）=$\frac{bV}{5a}$mol•L^-1．
（4）①寫出“沉錳”時的離子方程式：Mn²⁺+2HCO₃^-=MnCO₃↓+CO₂↑+H₂O．
②在其他條件相同時，NH₄HCO₃的初始濃度越大，錳元素回收率越高，請從沉淀溶解平衡的角度解釋其原因c（NH₄HCO₃）越大，c（CO₃^2-）越大，使平衡MnCO₃（s）?CO₃^2-（aq）+Mn²⁺（aq）向逆反應方向移動，析出的MnCO₃越多，則錳元素回收率越高．

Answer 1

分析 菱錳礦（含MnCO₃、SiO₂、FeCO₃和少量Al₂O₃等）用稀硫酸溶解，MnCO₃、FeCO₃、Al₂O₃都和稀硫酸反應生成硫酸鹽，SiO₂不反應，酸性條件下，加入MnO₂將Fe²⁺氧化為Fe³⁺，MnO₂還原生成Mn²⁺，調節(jié)溶液的pH，使Fe³⁺、Al³⁺完全轉化為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，反應為：Mn²⁺+2HCO₃^-=MnCO₃↓+CO₂↑+H₂O，過濾分離，濾液2中含有硫酸銨、硫酸鈉等，據此分析作答．

解答 解：（1）增加硫酸的濃度、加熱將礦石粉碎（或攪拌等）可加快酸浸的反應速率；
故答案為：將礦石粉碎（或攪拌等）；
（2）在加NaOH調節(jié)溶液的pH目的是使Fe³⁺、Al³⁺完全轉化為Fe（OH）₃、Al（OH）₃沉淀，若pH過大，SiO₂、Al（OH）₃會溶解與氫氧化鈉生成硅酸鈉、偏鋁酸鈉，導致濾渣1中Al（OH）₃、SiO₂減少；
故答案為：Al（OH）₃、SiO₂；
（3）①Mn²⁺被氧化為MnO₄^-，（NH₄）₂S₂O₈中S元素還原為SO₄^2-，離子方程式為：2Mn²⁺+5S₂O₈^2-+8H₂O$\frac{\underline{\;Ag+\;}}{\;}$2MnO₄^-+10SO₄^2-+16H⁺；
故答案為：2Mn²⁺+5S₂O₈^2-+8H₂O$\frac{\underline{\;Ag+\;}}{\;}$2MnO₄^-+10SO₄^2-+16H⁺；
②由Mn元素守恒、電子轉移守恒，可得關系式：Mn²⁺～MnO₄^-～5Fe²⁺，則n（Mn²⁺）=$\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}$mol•L^-1；
（4）①濾液中存在 MnSO₄、硫酸鈉等，加入碳酸氫銨得到MnCO₃，反應為：Mn²⁺+2HCO₃^-=MnCO₃↓+CO₂↑+H₂O；
故答案為：Mn²⁺+2HCO₃^-=MnCO₃↓+CO₂↑+H₂O；
②在其他條件相同時，c（NH₄HCO₃）越大，c（CO₃^2-）越大，使平衡MnCO₃（s）?CO₃^2-（aq）+Mn²⁺（aq）向逆反應方向移動，析出的MnCO₃越多，則錳元素回收率越高；
故答案為：c（NH₄HCO₃）越大，c（CO₃^2-）越大，使平衡MnCO₃（s）?CO₃^2-（aq）+Mn²⁺（aq）向逆反應方向移動，析出的MnCO₃越多，則錳元素回收率越高．

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