Question

【题目】锰的用途非常广泛，以碳酸锰矿(主要成分为MnCO3，还含有铁、镍、钴的碳酸盐及SiO2杂质)为原料生产金属锰的工艺流程如下：

已知25℃，部分物质的溶度积常数如下：

物质	Mn(OH)2	Co(OH)2	Ni(OH)2	Fe(OH)3	MnS	CoS	NiS
Ksp	2.1×10-13	3.0×10-16	5.0×10-16	1.1×10-36	1.0×10-11	5.0×10-22	1.0×10-22

（1）步骤Ⅰ中，为加快溶浸速率，可采取的措施是____________________（至少答两条）

（2）步骤Ⅱ中，加氨水调节溶液的pH为5.0～6.0，则滤渣1的成分主要为______（填化学式）；已知MnO2的作用为氧化剂，“除杂1”中涉及的离子方程式为：NH3﹒H2O+H+==NH4+ +H2O、__________________、___________________。

（3）步骤Ⅲ中，所加(NH4)2S的浓度不宜过大的原因是_______________________。

（4）滤液2中，c(Co2+) ：c(Ni2+)=_______________。

（5）将质量为a㎏的碳酸锰矿经上述流程处理后得到单质Mn b kg。若每一步都进行完全，假设滤渣1为含铁元素的纯净物，质量为c kg，则原碳酸锰矿中MnCO3的质量分数为_________（用含a、b、c的式子表达，无需化简）。

Answer 1

【答案】 溶浸时加热(或升高温度)、适当增大硫酸浓度、搅拌、再减小矿粉颗粒直径 SiO2、Fe(OH)3 2Fe2++MnO2+4H+=2Fe3++Mn2++2H2O Fe3++3NH3﹒H2O=Fe(OH)3↓+3NH4+ 若(NH4)2S的浓度过大，产生MnS沉淀造成产品损失 5:1 ×100%

【解析】向碳酸锰矿(主要成分为MnCO3，还含有铁、镍、钴等碳酸盐杂质)中加入硫酸，可以发生反应生成硫酸盐，向其中就如具有氧化性的二氧化锰，可以将亚铁离子氧化为铁离子，调节pH可以将氢氧化铁沉淀下来，向滤液中加入硫化铵，可以将镍离子、钴离子形成硫化物沉淀下来，最后对得到的含有锰离子的盐电解，可以得到金属锰。

（1）搅拌固体和液体的混合物，升高温度、增大浓度等，都可加快反应速率，所以为了提高浸取率可采取的措施有加热或搅拌或增大硫酸浓度等，故答案为：溶浸时加热(或升高温度)、适当增大硫酸浓度、搅拌、再减小矿粉颗粒直径；

（2）步骤Ⅱ中，MnO2在酸性条件下可将Fe2+离子氧化为Fe3+，反应的离子方程式MnO2+2Fe2++4H+=Mn2++2Fe3++2H2O，加入氨水调节pH为5.06.0，发生Fe3++3NH3·H2O=Fe(OH)3↓+3NH4+，可得到沉淀Fe(OH)3，故答案为：Fe(OH)3；2Fe2++MnO2+4H+=2Fe3++Mn2++2H2O；Fe3++3NH3﹒H2O=Fe(OH)3↓+3NH4+；

（3）向滤液中滴入适量的(NH4)2S溶液，目的是除去Cu2+、Zn2+，若(NH4)2S的浓度过大，产生MnS沉淀，造成产品损失、故答案为：若(NH4)2S的浓度过大，产生MnS沉淀，造成产品损失；

(4)CoS、NiS的Ksp分别为5.0×1022、1.0×1022，加入足量(NH4)2S溶液后，生成CoS、NiS沉淀，溶液中c(Co2+):c(Ni2+)=5.0×1022:1.0×1022=5:1，故答案为：5:1；

(5)滤渣1为为Fe(OH)3，质量为ckg，则n(Fe3+)=n[Fe(OH)3]=mol，由2Fe2++MnO2+4H+=2Fe3++Mn2++2H2O可知n(MnO2)=×mol，

将质量为a kg的碳酸锰矿经上述流程处理后得到单质Mnbkg，n(Mn)=mol，

可知n(MnCO3)=mol -×mol，m(MnCO3)=(mol -×mol)×115g/mol，

则原碳酸锰矿中MnCO3的质量分数为，故答案为：