Question

【题目】工业上可用软锰矿（主要成分是MnO2）和黄铁矿（主要成分是FeS2）为主要原料制备高性能磁性材料碳酸锰（MnCO3）。其工业流程如下：

回答下列问题：

（1）为了提高溶浸工序中原料的浸出率，除了可以搅拌、将矿石研磨粉碎以外，可以采取的措施有（写两条）________________。

（2）副产品A的化学式是________________。

（3）净化工序的目的是除去溶液中的Cu2＋、Ca2＋等杂质。若测得滤液中c(F－)＝0.01 mol·L－1，则滤液中残留的c(Ca2＋)＝________________〔已知：Ksp(CaF2)＝1.46×10－10〕。

（4）沉锰工序中，加入NH4HCO3后有无色无味的气体放出，同时有浅红色的沉淀生成，发生反应的离子方程式是________________；沉锰工序中判断沉淀已经洗涤干净的实验操作是________________。

（5）已知MnCO3难溶于水和乙醇，潮湿时易被空气氧化，100℃开始分解。工业上一般用少量C2H5OH洗涤的原因是________________。

（6）溶浸过程中发生的主要反应如下，请完成并配平该反应的离子方程式：_____________ FeS2＋_____________ MnO2＋_____________ ＝_____________ Fe3＋＋_____________ Mn2＋＋_____________ SO42－＋_____________ ，___________________

Answer 1

【答案】适当升高温度、适当提高稀硫酸的浓度 (NH4)2SO4 1.46×10-6molL-1 Mn2+＋2HCO3-＝MnCO3↓＋CO2↑＋H2O 取最后一次洗涤液，加入几滴BaCl2溶液，若无白色沉淀生成，则洗涤干净 防止MnCO3潮湿时被空气氧化、便于在温度低于100℃干燥 2FeS2＋15MnO2＋28H+＝2Fe3+＋15Mn2+＋4SO42—＋14H2O

【解析】

试题本题以软锰矿和黄铁矿为主要原料制备MnCO3的流程为载体，考查流程的分析，反应条件的控制，溶度积的计算，离子方程式的书写，基本实验操作，离子方程式的配平。软锰矿和黄铁矿用稀硫酸溶浸后软锰矿中的MnO2主要转化为MnSO4，黄铁矿中FeS2主要转化为Fe2（SO4）3；溶浸过程中FeS2可能转化为FeSO4，溶浸后的溶液中加入MnO2将Fe2+氧化成Fe3+，加入石灰调节pH使Fe3+完全转化为Fe（OH）3沉淀除去；净化工序中加入（NH4）2S除去Cu2+，加入NH4F除去Ca2+；沉锰过程即向MnSO4溶液中加入NH4HCO3、氨水形成MnCO3，过滤后的废液中含大量的NH4+、SO42-。

（1）为了提高溶浸工序中原料的浸出率，除了可以搅拌、将矿石研磨粉碎外，还可以采取的措施有：适当升高温度、适当提高稀硫酸的浓度。

（2）沉锰过滤后的废液中含大量的NH4+、SO42-，副产品A的化学式为（NH4）2SO4。

（3）CaF2的溶解平衡表达式为CaF2（s）Ca2+（aq）+2F-（aq），Ksp（CaF2）=c（Ca2+）·c2（F-），若滤液中c（F-）=0.01mol/L，则滤液中残留的c（Ca2+）= Ksp（CaF2）c2（F-）=1.4610-10（0.01）2=1.4610-6mol/L。

（4）沉锰工序中，加入NH4HCO3后有无色无味的气体放出，同时有浅红色的沉淀生成，Mn2+与HCO3-电离产生的CO32-形成MnCO3沉淀，促进HCO3-进一步电离产生H+，H+与另一部分HCO3-生成H2O和CO2，发生反应的离子方程式为Mn2++2HCO3-=MnCO3↓+H2O+CO2↑。沉锰工序中要判断沉淀已经洗涤干净即检验最后洗涤液中不含（NH4）2SO4，沉锰工序中判断沉淀已经洗涤干净的实验操作是：取最后一次洗涤液少许，加入几滴BaCl2溶液，若无白色沉淀生成，则洗涤干净。

（5）MnCO3潮湿时易被空气氧化，100℃MnCO3开始分解，工业上用少量C2H5OH洗涤的原因是：防止MnCO3潮湿时被空气氧化、便于在温度低于100℃干燥（乙醇的沸点低于100℃）。

（6）在反应中FeS2中Fe元素的化合价由+2价升至+3价，S元素的化合价由-1价升至+6价，1molFeS2失去15mol电子；Mn元素的化合价由+4价降至+2价，1molMnO2得到2mol电子；根据得失电子守恒配平：2FeS2+15MnO2→2Fe3++4SO42-+15Mn2+，在溶浸过程中加入稀硫酸，结合原子守恒和电荷守恒，写出配平的离子方程式为2FeS2+15MnO2+28H+=2Fe3++4SO42-+15Mn2++14H2O。