Question

碳酸锰(MnCO₃)是理想的高性能强磁性材料，也是制备Mn₂O₃、MnO₂等锰的氧化物的重要原料，广泛用于电子、化工、医药等行业．一种制备MnCO₃的生产流程如下图所示．

已知生成氢氧化物的pH和有关硫化物的Ksp如下表：

软锰矿主要成分为MnO₂，其中含有铁、铝、硅的氧化物和少量重金属化合物杂质，SO₂来自工业废气．流程①中主要发生的反应有：MnO₂＋SO₂MnSO₄，2Fe³⁺＋SO₂＋2H₂O2Fe²⁺＋SO₄^2－＋4H⁺．

(1)流程①中所得MnSO₄溶液的pH比软锰矿浆的pH________(填“大”或“小”)，该流程可与________(填工业生产名称)联合，生产效益更高．

(2)反应②的目的是将溶液中的Fe²⁺氧化成Fe³⁺，其离子反应方程式为________

________，这样设计的目的和原理是________．

(3)反应②所得的含有MnSO₄溶液中，c(Mn²⁺)＝10^－6 mol/L，c(Cu²⁺)＝10^－10 mol/L，c(Pb²⁺)＝10^－10 mol/L，在反应③中加入的Na₂S溶液的物质的量浓度的取值范围为________，反应③中碳酸钙的作用是________．

(4)反应④发生的化学反应为：MnSO₄＋2NH₄HCO₃MnCO₃↓＋(NH₄)₂SO₄＋CO₂↑＋H₂O．反应中通常需加入稍过量的NH₄HCO₃，且控制溶液的pH为6.8～7.4．加入稍过量的NH₄HCO₃的目的是________，溶液的pH不能过低的原因是________．

(5)软锰矿中锰的浸出有两种工艺：

工艺A：软锰矿浆与含SO₂的工业废气反应；工艺B：软锰矿与煤碳粉混合，焙烧后加稀硫酸溶解．其中工艺A的优点是________．(答对1个即可)

Answer 1

答案：
解析：

　　答案：(1)小　工业制备硫酸

　　(2)MnO₂＋2Fe²⁺＋4H⁺Mn²⁺＋2Fe³⁺＋2H₂O　目的是使Fe²⁺转变为Fe³⁺，原理是Fe³⁺完全沉淀的pH较低(或Fe³⁺更易沉淀)

　　(3)8.0×10^－10 mol/L＜c(Na₂S)＜2.5×10^－7 mol/L　与溶液中的酸反应，使溶液中的Fe³⁺、Al³⁺转化为氢氧化物沉淀

　　(4)使MnCO₃沉淀完全　MnCO₃沉淀量少，NH₄HCO₃与酸反应(或MnCO₃、NH₄HCO₃与酸反应溶解)

　　(5)节约能源、治理含SO₂的工业废气等

　　讲析：(1)根据流程①中主要发生的反应可知，在形成的MnSO₄溶液中含有H₂SO₄，所以所得的MnSO₄溶液的pH比软锰矿浆的pH小．SO₂主要来源于工业废气，而硫酸工业中产生的SO₂废气最多、最集中，所以与工业制备硫酸相联合，能变废为宝，生产效益更高．

　　(2)在酸性环境中，MnO₂具有强氧化性，能将Fe²⁺氧化为Fe³⁺，自身被还原为Mn²⁺，同时生成H₂O，其反应的离子方程式为：MnO₂＋2Fe²⁺＋4H⁺Mn²⁺＋2Fe³⁺＋2H₂O．根据表中提供的信息，Fe²⁺、Mn²⁺与OH^－反应生成Fe(OH)₂、Mn(OH)₂沉淀时，溶液的pH相差不大，不利于Mn²⁺的分离，但将Fe²⁺氧化为Fe³⁺时，生成Fe(OH)₃沉淀与生成Mn(OH)₂沉淀，二者溶液的pH相差大，有利于Mn²⁺的分离，将溶液的pH调控到3.7，Fe³⁺已经完全转化为Fe(OH)₃沉淀，然后过滤即实现MnSO₄与Fe(OH)₃分离．

　　(3)根据几种硫化物的K_sp值，加入一定浓度的Na₂S时，能将溶液中Cu²⁺、Pb²⁺沉淀，而Mn²⁺不沉淀，根据MnS的K_sp＝c(Mn²⁺)·c(S^2－)，当Mn²⁺生成沉淀时，c(Na₂S)＝c(S^2－)＝＝2.5×10^－7 mol/L．同理可计算出当溶液中Pb²⁺沉淀时，c(Na₂S)＝8.0×10^－18 mol/L，此时溶液中的Cu²⁺已经沉淀完全，故8.0×10^－10 mol/L＜c(Na₂S)＜2.5×10^－7 mol/L．含有MnSO₄的溶液是酸性溶液，在酸性溶液中，Fe³⁺、Al³⁺不能与Mn²⁺分离，加入CaCO₃固体，CaCO₃与酸反应，使溶液中的Fe³⁺、Al³⁺转化为氢氧化物沉淀而与Mn²⁺分离．

　　(4)加入稍过量的NH₄HCO₃有利于MnSO₄完全转化为MnCO₃沉淀，因MnCO₃能与H＋反应导致MnCO₃沉淀减少，降低了产率，同时NH₄HCO₃也能与H⁺反应，不利于MnSO₄沉淀，且浪费试剂．

　　(5)根据A、B工业特点即可分析出工艺A的优点．

　　点评：本题以化学实验基础知识为平台，通过题述信息来考查学生的阅读能力和材料分析能力，体现了学以致用的高考命题思想．本题易错点一是阅读不仔细，如忽视溶液pH与K_sp的关系，导致分析判断错误；二是分析A与B工业的优劣时，不能通过对比分析，从原料利用、环保等方面入手．