Question

3．工业上利用软锰矿浆烟气脱硫吸收液制取电解锰，并利用阳极液制备高纯碳酸锰、回收硫酸铵的工艺流程如图（软锰矿的主要成分是MnO₂，还含有硅、铁、铝的氧化物和少量重金属化合物等杂质）：

（1）一定温度下，“脱硫浸锰”主要产物为MnSO₄，该反应的化学方程式为MnO₂+SO₂═MnSO₄或H₂O+SO₂═H₂SO₃、MnO₂+H₂SO₃═MnSO₄+H₂O．
（2）“滤渣2”中主要成分的化学式为Fe（OH）₃、Al（OH）₃．
（3）“除重金属”时使用（NH₄）₂S而不使用Na₂S的原因是Na₂S会增大回收的（NH₄）₂SO₄中Na⁺含量．
（4）“电解”时用惰性电极，阳极的电极反应式为2H₂O-4e^-═O₂↑+4H⁺或4OH^--4e^-=O₂↑+2H₂O．
（5）“50℃碳化”得到高纯碳酸锰，反应的离子方程式为Mn²⁺+2HCO₃^-$\frac{\underline{\;50℃\;}}{\;}$MnCO₃↓+CO₂↑+H₂O．“50℃碳化”时加入过量NH₄HCO₃，可能的原因是为使MnSO₄充分转化为MnCO₃；NH₄HCO₃受热易分解，造成损失；NH₄HCO₃能与H⁺反应，防止MnCO₃沉淀溶解损失 （写两种）．
（6）已知：25℃时，K_W=1.0×10^-14，K_b（NH₃•H₂O）=1.75×10^-5．在（NH₄）₂SO₄溶液中，存在如下平衡：
NH₄⁺+H₂O?NH₃•H₂O+H⁺，则该反应的平衡常数为5.7×10^-10．

Answer 1

分析 “脱硫浸锰”环节：二氧化硫与软锰矿浆作用生成硫酸锰和少量的硫酸铝、硫酸亚铁等，二氧化硅不反应经过滤成为滤渣Ⅰ；
氧化环节：双氧水可将亚铁离子氧化为铁离子；加氨水调节溶液的PH=5～6把铁离子和铝离子转化为沉淀除去，则滤渣II为Fe（OH）₃、Al（OH）₃；加硫化铵把重金属转化为沉淀除去；通过电解得到金属锰；在阳极液中加碳酸氢铵得碳酸锰和硫酸铵等，据此分析解答．

解答 解：（1）“脱硫浸锰”主要产物为MnSO₄，化学方程式为：MnO₂+SO₂═MnSO₄或H₂O+SO₂═H₂SO₃、MnO₂+H₂SO₃═MnSO₄+H₂O；
故答案为：MnO₂+SO₂═MnSO₄或H₂O+SO₂═H₂SO₃、MnO₂+H₂SO₃═MnSO₄+H₂O；
（2）由分析加氨水调节溶液的PH=5～6把铁离子和铝离子转化为沉淀除去，则滤渣II为Fe（OH）₃、Al（OH）₃；
故答案为：Fe（OH）₃、Al（OH）₃；
（3）“除重金属”时使用（NH₄）₂S而不使用Na₂S的原因是 加Na₂S会引入钠离子，增大回收的（NH₄）₂SO₄中Na⁺含量；
故答案为：Na₂S会增大回收的（NH₄）₂SO₄中Na⁺含量；
（4）“电解”时用惰性电极，阳极发生氧化反应，应该是水电离出的氢氧根离子放电，电极反应式为 2H₂O-4e^-═O₂↑+4H⁺或4OH^--4e^-=O₂↑+2H₂O；
故答案为：2H₂O-4e^-═O₂↑+4H⁺或4OH^--4e^-=O₂↑+2H₂O；
（5））“50℃碳化”得到高纯碳酸锰，反应的离子方程式为 Mn²⁺+2HCO₃^-$\frac{\underline{\;50℃\;}}{\;}$MnCO₃↓+CO₂↑+H₂O；
为使MnSO₄充分转化为MnCO₃； NH₄HCO₃受热易分解，造成损失；NH₄HCO₃能与H⁺反应，防止MnCO₃沉淀溶解损失，故“50℃碳化”时加入过量NH₄HCO₃；
故答案为：Mn²⁺+2HCO₃^-$\frac{\underline{\;50℃\;}}{\;}$MnCO₃↓+CO₂↑+H₂O；为使MnSO₄充分转化为MnCO₃； NH₄HCO₃受热易分解，造成损失；NH₄HCO₃能与H⁺反应，防止MnCO₃沉淀溶解损失；
（6）25℃时，K_W=1.0×10^-14，K_b（NH₃•H₂O）=1.75×10^-5，在（NH₄）₂SO₄溶液中：NH₄⁺+H₂O?NH₃•H₂O+H⁺，则该反应的平衡常数为$\frac{c（N{H}_{3}•{H}_{2}O）•c（{H}^{+}）}{c（N{{H}_{4}}^{+}）}$=$\frac{c（N{H}_{3}•{H}_{2}O）•c（{H}^{+}）}{c（N{{H}_{4}}^{+}）}$•$\frac{c（O{H}^{-}）}{c（O{H}^{-}）}$=$\frac{{k}_{W}}{k（N{H}_{3}•{H}_{2}O）}$$\frac{1×1{0}^{-14}}{1.75×1{0}^{-5}}$=5.7×10^-10；
故答案为：5.7×10^-10．

点评 本题考查了物质制备方案设计，主要考查了化学方程式的书写、实验方案评价、氧化还原反应、水溶液中化学平衡常数的计算等，题目难度中等，侧重于考查学生的分析问题和解决问题的能量，注意相关基础知识的学习与积累．