题目内容
【题目】用生产钛白的副产品FeSO4与软锰矿(主要成分是MnO2)可制备高纯MnO2。
(1)步骤①中研磨的目的是_________。
(2)步骤②中主要发生的反应是FeSO4与MnO2转化为MnSO4与_________。
(3)步骤②中Mn2+浸出率受初始H2SO4浓度与温度的影响如下图所示。
软锰矿粉酸浸的适宜条件是__________。
(4)步骤②中，若硫酸初始浓度小于1.8mol/L，反应进行一段时间后，有红褐色固体析出，其原因是____________。
(5)已知MnSO4粗液中还含有Al3+、Fe3+和Ni2+离子，溶液中离子生成氢氧化物的pH如下表：
Al(OH)3 | Fe(OH)3 | Ni(OH)2 | Mn(OH)2 | |
开始沉淀时pH | 3.4 | 1.5 | 6.9 | 8.2 |
完全沉淀时pH | 4.7 | 2.8 | 8.9 | 10.2 |
注：金属离子的起始浓度为0.1mol/L
步骤③进行的操作是：调节pH=5.4，过滤，滤渣中含_____。
(6)已知：几种难溶物的溶解平衡常数K
化学式 | MnCO3 | NiCO3 | MnS | NiS |
K | 2.24×10-11 | 1.42×10-7 | 4.65×10-14 | 1.07×10-21 |
步骤③还需加入的除杂试剂是_______固体(填序号)。
a.Na2CO3 b.MnCO3 c.Na2S d.MnS
(7)步骤⑤中焙烧MnCO3制MnO2，发生反应的化学方程式是______。固体产物除MnO2外，还可能存在______。
【答案】增大反应面积，加快化学反应速率 Fe2(SO4)3 c(H2SO4)=2.1mol/L，t=70℃ 随着反应进行，pH变大，Fe3+水解生成Fe(OH)3 Al(OH)3，Fe(OH)3 d 2MnCO3+O2
2MnO2+2CO2 MnO
【解析】
(1)软锰矿是固态物质，步骤①中将其研磨目的是增大反应面积，加快化学反应速率；
(2)步骤②中FeSO4与MnO2与硫酸混合加热，发生氧化还原反应，产生MnSO4与Fe2(SO4)3和水，反应的化学方程式是：2FeSO4+MnO2+2H2SO4= MnSO4+Fe2(SO4)3+2H2O，所以转化产生的另一种主要物质是Fe2(SO4)3；
(3)步骤②中根据Mn2+浸出率与初始H2SO4浓度的关系可知在硫酸浓度接近2.1mol/L时达到最大值，根据Mn2+浸出率与温度的关系可知：在温度为70℃达到最大值，故选择的条件是硫酸的浓度为2.1mol/L，t=70℃；
(4)步骤②中，若硫酸初始浓度小于1.8mol/L，反应进行一段时间后，随着反应进行，溶液的酸性减弱，pH变大，反应产生的Fe3+发生水解反应，生成Fe(OH)3胶体，当聚集到一定程度，就形成Fe(OH)3沉淀析出；
(5)根据溶液的pH与不同氢氧化物沉淀的关系可知，在pH=5.4，过滤，滤渣中含有Al(OH)3，Fe(OH)3；
(6)在MnSO4粗液中还含有Al3+、Fe3+和Ni2+离子，调整溶液的pH至5.4时，Al3+、Fe3+形成Al(OH)3，Fe(OH)3沉淀析出，溶液中还含有杂质Ni2+离子，要除去杂质，同时不引入新的杂质离子，根据NiCO3、NiS的溶度积常数可知要加入的物质是MnS，通过沉淀的转化达到除杂的目的，故合理选项是d；
(7) 步骤⑤中焙烧MnCO3制MnO2，MnCO3、O2在高温下反应，产生MnO2，同时方处于CO2气体，发生反应的化学方程式是2MnCO3+O22MnO2+2CO2；若与空气接触不充分，则只发生分解反应：MnCO3MnO+CO2↑；所以得到的固态物质中除含有MnO2外，可能还含有MnO。
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