Question

4．碳酸锰主要用于制备软磁铁氧体，工业上以软锰矿（主要成分MnO₂）和黄铁矿（主要成分FeS₂）为主要原料制备碳酸锰（MnCO₃难溶，分解温度较高）的一种工艺流程如图：

已知：几种金属离子沉淀的pH如表：

	Fe2+	Fe3+	Mn2+
开始沉淀的pH	7.5	3.2	8.8
完全沉淀的pH	9.7	3.7	10.4

回答下列问题：
（1）为了提高溶浸工序中原料的浸出效率，可以采取的措施有ABC
A．适当升高温度     B．加压      C．研磨矿石      D．加入足量的蒸馏水
（2）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：
2FeS₂+15MnO₂+28H⁺═2Fe³⁺+15Mn²⁺+4SO₄²ˉ+14H₂O
（3）操作1经过滤、洗涤（填操作名称）烘干等过程可得到无水碳酸锰．
（4）①除铁工序中，先加入适量的软锰矿，其作用是除去可能未被完全氧化的Fe²⁺，如何检验溶液中的Fe²⁺已被完全氧化？加入酸性高锰酸钾溶液，观察是否褪色
②再加入石灰调节溶液pH的范围为3.7～5.2．
（5）副产品A的主要成分是（NH₄）₂SO₄．
（6）黄铁矿（主要成分是FeS₂）还可以用来制备化工原料FeSO₄，FeSO₄可转化为FeCO₃，
FeCO₃在空气中加热反应可制得铁系氧化物材料．
已知25℃，101kPa时：
4Fe（s）+3O₂（g）═2Fe₂O₃（s）△H=-1648kJ/mol
C（s）+O₂（g）═CO₂（g）△H=-393kJ/mol
2Fe（s）+2C（s）+3O₂（g）═2FeCO₃（s）△H=-1480kJ/mol
FeCO₃在空气中加热反应生成Fe₂O₃的热化学方程式是4FeCO₃（s）+O₂（g）=2Fe₂O₃（s）+4CO₂（g）△H=-260kJ/mol．

Answer 1

分析 由流程可知软锰矿（主要成分MnO₂）和黄铁矿加入硫酸酸浸过滤得到浸出液调节溶液PH，使铁离子全部沉淀，过滤得到浸出液中主要含有Cu²⁺、Ca²⁺等杂质，加入硫化铵和氟化铵，除去Cu²⁺、Ca²⁺过滤，在滤液中加入碳酸氢铵和氨水过滤得到混合溶液加热赶出氨气结晶析出得到硫酸铵，滤渣为碳酸锰，通过洗涤、烘干得到硫酸锰晶体，
（1）升高温度、搅拌、减小固体的颗粒等均能加速固体的溶解，据此分析；
（2）FeS₂与MnO₂反应后生成Fe³⁺、Mn²⁺和SO₄^2-，1molFeS₂失去15mol电子，1molMnO₂得到2mol电子，根据得失电子守恒、原子守恒和电荷守恒分析配平；
（3）经过滤、洗涤烘干等过程可得到无水碳酸锰；
（4）①二价铁离子有还原性；②根据三价铁离子沉淀的pH范围判断；
（5）根据溶液中含有的离子分析副产品的主要成分；
（6）发生反应：4FeCO₃+O₂ 2Fe₂O₃+4CO₂，根据盖斯定律，由已知热化学方程式乘以适当的系数进行加减，构造目标热化学方程式．

解答 解：软锰矿（主要成分MnO₂）和黄铁矿加入硫酸酸浸过滤得到浸出液调节溶液PH，使铁离子全部沉淀，过滤得到浸出液中主要含有Cu²⁺、Ca²⁺等杂质，加入硫化铵和氟化铵，除去Cu²⁺、Ca²⁺过滤，在滤液中加入碳酸氢铵和氨水过滤得到混合溶液加热赶出氨气结晶析出得到硫酸铵，滤渣为碳酸锰，通过洗涤、烘干得到硫酸锰晶体，
（1）升高温度、搅拌、减小固体的颗粒等均能加速固体的溶解，所以为了提高溶浸工序中原料的浸出效率，可以采取的措施有：适当升高温度，搅拌，研磨矿石，
故答案为：ABC；
（2）FeS₂与MnO₂反应后生成Fe³⁺、Mn²⁺和SO₄^2-，1molFeS₂失去15mol电子，1molMnO₂得到2mol电子，根据得失电子守恒，FeS₂的计量数为2，MnO₂的计量数为15，则生成的Fe³⁺计量数为2，SO₄^2-的计量数为4，Mn²⁺的计量数为15，根据电荷守恒可知反应物中有H⁺，根据原子守恒可知生成物有H₂O；所以离子方程式配平为：
2FeS₂+15MnO₂+28H⁺=2Fe³⁺+14H₂O+15Mn²⁺+4SO₄²，
故答案为：28H⁺；2；15；4；14H₂O；
（3）过滤分离不溶物和可溶性杂质，经过滤、洗涤烘干等过程可得到无水碳酸锰，故答案为：过滤；洗涤；
（4）①二价铁离子有还原性，能使酸性高锰酸钾溶液褪色，故答案为：加入酸性高锰酸钾溶液，观察是否褪色；
②由表中数据可知三价铁离子完全的沉淀的PH为3.7，铜离子开始沉淀的范围为5.2，所以加入石灰调节溶液的pH的范围为3.7～5.2，故答案为：3.7～5.2；
（5）溶浸过程中发生的反应生成硫酸根离子，后来又加入了硫化铵、碳酸氢铵，所以产品中含有（NH₄）₂SO₄，
故答案为：（NH₄）₂SO₄；
（6）发生反应：4FeCO₃+O₂2Fe₂O₃+4CO₂，
已知：①4Fe（s）+3O₂（g）═2Fe₂O₃（s）△H=-1648kJ/mol
②C（s）+O₂（g）═CO₂（g）△H=-393kJ/mol
③2Fe（s）+2C（s）+3O₂（g）═2FeCO₃（s）△H=-1480kJ/mol
根据盖斯定律，①-③×2+②×4可得4FeCO₃（s）+O₂（g）=2Fe₂O₃（s）+4CO₂（g），故△H=-1648kJ/mol-2×（-1480kJ/mol）+4×（-393kJ/mol）=-260kJ/mol，
故反应热化学方程式为：4FeCO₃（s）+O₂（g）=2Fe₂O₃（s）+4CO₂（g）△H=-260kJ/mol，
故答案为：4FeCO₃（s）+O₂（g）=2Fe₂O₃（s）+4CO₂（g）△H=-260kJ/mol．

点评 本题以工业流程图为依托，考查了实验条件的选择、离子方程式的书写、反应热的计算等，题目难度中等，解题关键是合理分析题中生成流程及表中离子完全沉淀时的数据的含义，试题培养了学生分析、理解能力及灵活应用所学知识的能力．