Question

10．一种以软锰矿（主要成分是MnO₂）和黄铁矿（主要成分是FeS₂）为原料制取硫磺酸锰的工艺流程如下：

回答下列问题：
（1）浸取前需将软锰矿和黄铁矿进行粉碎，其目的是增大接触面积，加快浸取速率．
（2）浸取过程中生成硫酸铁和硫酸锰的化学方程式为2FeS₂+15MnO₂+14H₂SO₄=Fe₂（SO₄）₃+15MnSO₄+14H₂O．
（3）加入CaCO₃发生的反应之一为CaCO₃+SO₄^2-?CaSO₄+CO₃^2-，该反应的平衡常数K=3.0×10^-4[已知K_sp（CaCO₃）=2.7×10^-3，K_sp（CaSO₄）=9.0×10^-6]，该工艺中有大量硫酸钙沉淀生成，是因为溶液中硫酸根离子浓度大，CaCO₃+SO₄^2-?CaSO₄+CO₃^2-，有利于向生成硫酸钙的方向移动．
（4）为提高步骤Ⅵ中锰的回收率，可采取的措施是母液回收加入Ⅲ中循环利用．

Answer 1

分析 软锰矿加入硫酸和黄铁矿浸取反应过滤Ⅰ得到滤渣为不溶物质，滤液为硫酸铁、硫酸锰的混合溶液，加入碳酸钙中和净化，过滤2得到溶液主要为硫酸锰溶液，浓缩结晶过滤得到硫酸锰结晶，
（1）浸取前需将软锰矿和黄铁矿进行粉碎是增大接触面积加快浸取速率；
（2）浸取过程中生成硫酸铁和硫酸锰，净化氧化还原反的应电子守恒和原子守恒配平得到反应的化学方程式；
（3）CaCO₃+SO₄^2-?CaSO₄+CO₃^2-，该反应的平衡常数K=$\frac{c（C{{O}_{3}}^{2-}）}{c（S{{O}_{4}}^{2-}）}$=$\frac{c（C{{O}_{3}}^{2-}）}{c（S{{O}_{4}}^{2-}）}$×$\frac{c（C{a}^{2+}）}{c（C{a}^{2+}）}$=$\frac{Ksp（CaC{O}_{3}）}{Ksp（CaS{O}_{4}）}$；溶液中硫酸根离子浓度增大硫酸钙微溶分析；
（4）母液回收循环利用．

解答 解：软锰矿加入硫酸和黄铁矿浸取反应过滤Ⅰ得到滤渣为不溶物质，滤液为硫酸铁、硫酸锰的混合溶液，加入碳酸钙中和净化，过滤2得到溶液主要为硫酸锰溶液，浓缩结晶过滤得到硫酸锰结晶，
（1）浸取前需将软锰矿和黄铁矿进行粉碎是增大接触面积加快浸取速率，浸取前需将软锰矿和黄铁矿进行粉碎，其目的是增大接触面积，加快浸取速率，
故答案为：增大接触面积，加快浸取速率；
（2）浸取过程中生成硫酸铁和硫酸锰，净化氧化还原反的应电子守恒和原子守恒配平得到反应的化学方程式为：2FeS₂+15MnO₂+14H₂SO₄=Fe₂（SO₄）₃+15MnSO₄+14H₂O，
故答案为：2FeS₂+15MnO₂+14H₂SO₄=Fe₂（SO₄）₃+15MnSO₄+14H₂O；
（3）CaCO₃+SO₄^2-?CaSO₄+CO₃^2-，该反应的平衡常数K=$\frac{c（C{{O}_{3}}^{2-}）}{c（S{{O}_{4}}^{2-}）}$=$\frac{c（C{{O}_{3}}^{2-}）}{c（S{{O}_{4}}^{2-}）}$×$\frac{c（C{a}^{2+}）}{c（C{a}^{2+}）}$=$\frac{Ksp（CaC{O}_{3}）}{Ksp（CaS{O}_{4}）}$=$\frac{2.7×1{0}^{-3}}{9.0×1{0}^{-6}}$=3.0×10^-4；溶液中硫酸根离子浓度增大硫酸钙微溶分析可知，溶液中硫酸根离子浓度大，CaCO₃+SO₄^2-?CaSO₄+CO₃^2-，有利于向生成硫酸钙的方向移动，
故答案为：3.0×10^-4；溶液中硫酸根离子浓度大，CaCO₃+SO₄^2-?CaSO₄+CO₃^2-，有利于向生成硫酸钙的方向移动；
（4）为提高步骤Ⅵ中锰的回收率，可采取的措施是：母液回收加入Ⅲ中循环利用，
故答案为：母液回收加入Ⅲ中循环利用．

点评 本题考查了物质分离提纯的过程分析判断、主要是杂质离子除去方法和试剂选择、溶度积常数计算等，掌握基础是解题关键，题目难度中等．