题目内容
【题目】某含锰矿物的主要成分有MnCO3、MnO2、FeCO3、SiO2、Al2O3等。已知FeCO3、MnCO3难溶于水。一种运用阴离子膜电解法的新技术可用于从碳酸锰矿中提取金属锰,主要流程如下:
(1)为提高含锰矿物浸出速率,可采取的措施有______________(至少写出两条)。
(2)设备1中反应后,滤液1里锰元素只以Mn2+的形式存在,且滤渣1中也无MnO2。设备1中发生氧化还原反应的离子方程式是______________________________________。
(3)设备2中加足量双氧水的作用是________________________。设计实验方案检验滤液2中是否存在Fe2+________________________。
(4)已知金属离子的氢氧化物开始沉淀和完全沉淀的pH如下表,加氨水调节溶液的pH等于6,滤渣2的主要成分为_____________ (填化学式)。
金属离子 | 开始沉淀的pH | 完全沉淀的pH |
Fe3+ | 1.8 | 3.2 |
Al3+ | 3.0 | 5.0 |
Fe2+ | 5.8 | 8.8 |
Mn2+ | 7.8 | 9.8 |
(5)设备4中加入过量氢氧化钠溶液,用离子方程式表示发生的反应______________。
(6)保持其他条件不变,在不同温度下对含锰矿物进行酸浸,锰浸出率随时间变化如图。酸浸的最佳温度与时间分别为________℃、______min。
【答案】将矿石粉碎、升温、适当提高硫酸浓度、搅拌 2Fe2++MnO2+4H+=2Fe3++Mn2++2H2O或2FeCO3+MnO2+8H+=2Fe3++Mn2++2CO2↑+4H2O 将Fe2+完全氧化为Fe3+ 取少量滤液2于试管中,加入几滴KSCN溶液,溶液不显红色,再滴入适量氯水,若溶液变红,则有Fe2+,否则没有Fe2+(或加入几滴K3[Fe(CN)6]溶液,若产生蓝色沉淀,则有Fe2+,否则没有Fe2+ Al(OH)3 、Fe(OH)3 Al(OH)3+OH-=AlO2-+2H2O 70℃ 120min
【解析】
锰矿物的主要成分有MnCO3、MnO2、FeCO3、SiO2、Al2O3等,用硫酸溶解, SiO2不硫酸反应, MnCO3、FeCO3、Al2O3与硫酸反应得到MnSO4、FeSO4、Al2(SO4)3,而滤液1里锰元素只以Mn2+的形式存在,且滤渣1中也无MnO2,酸性条件下MnO2将Fe2+离子氧化为Fe3+离子,过滤除去二氧化硅等不溶物;因此滤渣1为SiO2;滤液1中加入过氧化氢将Fe2+离子氧化为Fe3+离子,再加入氨水调节溶液pH使Fe3+、Al3+转化为Fe(OH)3、Al(OH)3沉淀,过滤分离,滤液2中含有MnSO4、(NH4)2SO4等,滤液2进行电解得到Mn;滤渣2为Fe(OH)3、Al(OH)3,向滤渣2中加入氢氧化钠,只有氢氧化铝溶于强碱;得到NaAlO2,过滤分离;结合以上分析解答。
锰矿物的主要成分有MnCO3、MnO2、FeCO3、SiO2、Al2O3等,用硫酸溶解, SiO2不硫酸反应, MnCO3、FeCO3、Al2O3与硫酸反应得到MnSO4、FeSO4、Al2(SO4)3,而滤液1里锰元素只以Mn2+的形式存在,且滤渣1中也无MnO2,酸性条件下MnO2将Fe2+离子氧化为Fe3+离子,过滤除去二氧化硅等不溶物;因此滤渣1为SiO2;滤液1中加入过氧化氢将Fe2+离子氧化为Fe3+离子,再加入氨水调节溶液pH使Fe3+、Al3+转化为Fe(OH)3、Al(OH)3沉淀,过滤分离,滤液2中含有MnSO4、(NH4)2SO4等,滤液2进行电解得到Mn;滤渣2为Fe(OH)3、Al(OH)3,向滤渣2中加入氢氧化钠,只有氢氧化铝溶于强碱;得到NaAlO2,过滤分离;
(1)为提高含锰矿物浸出速率,可采取的措施有将矿石粉碎、升温、适当提高硫酸浓度、搅拌;综上所述,本题答案是:将矿石粉碎、升温、适当提高硫酸浓度、搅拌。
(2) 设备1中发生氧化还原反应:二氧化锰在酸性条件下将+2价铁氧化为铁离子,二氧化锰被还原得到Mn2+,反应离子方程式为: 2Fe2++MnO2+4H+=2Fe3++Mn2++2H2O或2FeCO3+MnO2+8H+=2Fe3++Mn2++2CO2↑+4H2O;综上所述,本题答案是:2Fe2++MnO2+4H+=2Fe3++Mn2++2H2O或2FeCO3+MnO2+8H+=2Fe3++Mn2++2CO2↑+4H2O。
(3)双氧水具有氧化性,将Fe2+完全氧化为Fe3+;检验亚铁离子的存在可以用氯水和硫氰化钾溶液,也可以用K3[Fe(CN)6]溶液,具体操作如下:取少量滤液2于试管中,加入几滴KSCN溶液,溶液不显红色,再滴入适量氯水,若溶液变红,则有Fe2+,否则没有Fe2+(或加入几滴K3[Fe(CN)6]溶液,若产生蓝色沉淀,则有Fe2+,否则没有Fe2+;综上所述,本题答案是:将Fe2+完全氧化为Fe3+;取少量滤液2于试管中,加入几滴KSCN溶液,溶液不显红色,再滴入适量氯水,若溶液变红,则有Fe2+,否则没有Fe2+(或加入几滴K3[Fe(CN)6]溶液,若产生蓝色沉淀,则有Fe2+,否则没有Fe2+。
(4)亚铁离子被双氧水氧化为铁离子,根据表格信息可知,加氨水调节溶液的pH等于6,铁离子、铝离子均生成Al(OH)3 、Fe(OH)3沉淀;所以滤渣2的主要成分为Al(OH)3 、Fe(OH)3;综上所述,本题答案是:Al(OH)3 、Fe(OH)3。
(5) 设备4中生成Al(OH)3 、Fe(OH)3沉淀,只有Al(OH)3溶于过量的强碱溶液生成偏铝酸盐,离子方程式为:Al(OH)3+OH-=AlO2-+2H2O;综上所述,本题答案是:Al(OH)3+OH-=AlO2-+2H2O。
(6)根据锰浸出率随时间变化图表信息可知,温度低,锰浸出率低,温度为90℃时,锰浸出率与70℃相差无几,锰浸出率最佳条件:时间在120min,温度为70℃,锰浸出率最好;综上所述,本题答案是:70℃ ,120min。
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