Question

18．碳酸錳，俗稱“錳白”，是生產(chǎn)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(dāng)升高溫度              B．適當(dāng)增大壓強(qiáng)
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(yīng)是：FeS₂與MnO₂在稀硫酸中反應(yīng)生成Fe³⁺、Mn²⁺、SO₄^2-和H₂O．在該反應(yīng)配平的離子方程式中，氧化劑前面的化學(xué)計(jì)量數(shù)為15．
（3）除鐵工序中，①先加入軟錳礦，反應(yīng)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(zhì)．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(shí)，實(shí)驗(yàn)測得MnCO₃的產(chǎn)率與溶液的pH、反應(yīng)時(shí)間關(guān)系如圖2所示．對比不同反應(yīng)條件下的曲線，依據(jù)圖中信息，你能獲得的結(jié)論有：
①pH等于7.0時(shí)反應(yīng)速率最快，且MnCO₃產(chǎn)率最高；②pH越大越有利于提升MnCO₃的產(chǎn)率．
（6）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）除鐵工序中，先加入適量的軟錳礦，使殘余Fe²⁺轉(zhuǎn)化為Fe³⁺，加入石灰調(diào)節(jié)溶液的pH；
（4）根據(jù)K_sp（CaF₂）=c²（F^-）•c（Ca²⁺）計(jì)算；
（5）根據(jù)MnCO₃的產(chǎn)率與溶液pH、反應(yīng)時(shí)間關(guān)系如圖分析，縱軸是碳酸錳的產(chǎn)率，橫軸為時(shí)間，不同PH時(shí)的產(chǎn)率變化曲線分析判斷，PH越大，產(chǎn)率越大，曲線越陡反應(yīng)速率越大分析；
（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：AC；
（2）FeS₂與MnO₂反應(yīng)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(jì)量數(shù)為2，MnO₂的計(jì)量數(shù)為15，所以氧化劑前面的計(jì)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(zhuǎn)化為Fe³⁺，便于將鐵離子沉淀，反應(yīng)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(jià)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：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(chǎn)率與溶液pH、反應(yīng)時(shí)間關(guān)系如圖可知：pH等于7.0時(shí)反應(yīng)到達(dá)平衡所用時(shí)間最短，即反應(yīng)速率最快，且MnCO₃產(chǎn)率最高，所以pH越大越有利于提升MnCO₃的產(chǎn)率，
故答案為：pH越大越有利于提升MnCO₃的產(chǎn)率；
（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(yàn)條件的選擇、離子方程式的書寫、Ksp的計(jì)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(shí)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．