Question

18．碳酸锰，俗称“锰白”，是生产电讯器材软磁铁氧体的原料，也是制备Mn₂O₃、MnO₂等锰的氧化物的重要原料，工业上有广泛的用途．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1：

已知：几种金属离子沉淀的pH如表回答下列问题：

	Fe2+	Fe3+	Cu2+	Mn2+
开始沉淀的pH	7.5	3.2	5.2	8.8
完全沉淀的pH	9.7	3.7	7.8	10.4

（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．适当增大压强
C．研磨矿石                  D．加入大量的蒸馏水
（2）溶浸过程中发生的主要反应是：FeS₂与MnO₂在稀硫酸中反应生成Fe³⁺、Mn²⁺、SO₄^2-和H₂O．在该反应配平的离子方程式中，氧化剂前面的化学计量数为15．
（3）除铁工序中，①先加入软锰矿，反应的离子方程式为2Fe²⁺+MnO₂+4H⁺=2Fe³⁺+Mn²⁺+2H₂O；
②再加入石灰的目的是3.7～5.2．
（4）净化工序的目的是除去溶液中的Cu²⁺、Ca²⁺等杂质．若测得滤液中c（Fˉ）=0.01mol•L^-1，滤液中残留c（Ca²⁺）=1.5×10ˉ⁶mol•L^-1，则K_sp（CaF₂）=1.5×10ˉ¹⁰（mol³•L^-3）．
（5）沉锰工序中，298K、c（Mn²⁺）为1.05mol•L^-1时，实验测得MnCO₃的产率与溶液的pH、反应时间关系如图2所示．对比不同反应条件下的曲线，依据图中信息，你能获得的结论有：
①pH等于7.0时反应速率最快，且MnCO₃产率最高；②pH越大越有利于提升MnCO₃的产率．
（6）副产品A的主要成分是（NH₄）₂SO₄．

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）除铁工序中，先加入适量的软锰矿，使残余Fe²⁺转化为Fe³⁺，加入石灰调节溶液的pH；
（4）根据K_sp（CaF₂）=c²（F^-）•c（Ca²⁺）计算；
（5）根据MnCO₃的产率与溶液pH、反应时间关系如图分析，纵轴是碳酸锰的产率，横轴为时间，不同PH时的产率变化曲线分析判断，PH越大，产率越大，曲线越陡反应速率越大分析；
（6）根据溶液中含有的离子分析副产品的主要成分．

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：AC；
（2）FeS₂与MnO₂反应后生成Fe³⁺、Mn²⁺和SO₄^2-，1molFeS₂失去15mol电子，作还原剂，1molMnO₂得到2mol电子，作氧化剂，根据得失电子守恒，FeS₂的计量数为2，MnO₂的计量数为15，所以氧化剂前面的计量数为15，
故答案为：15；
（3）除铁工序中，①先加入适量的软锰矿，使残余Fe²⁺转化为Fe³⁺，便于将铁离子沉淀，反应的离子方程式为2Fe²⁺+MnO₂+4H⁺=2Fe³⁺+Mn²⁺+2H₂O，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：2Fe²⁺+MnO₂+4H⁺=2Fe³⁺+Mn²⁺+2H₂O；3.7～5.2；
（4）根据题中提供的数据可知，K_sp（CaF₂）=c²（F^-）•c（Ca²⁺）=（0.01mol•L^-1）²×1.5×10ˉ⁶mol•L^-1=1.5×10ˉ¹⁰（mol³•L^-3），
故答案为：1.5×10ˉ¹⁰（mol³•L^-3）；
（5）根据MnCO₃的产率与溶液pH、反应时间关系如图可知：pH等于7.0时反应到达平衡所用时间最短，即反应速率最快，且MnCO₃产率最高，所以pH越大越有利于提升MnCO₃的产率，
故答案为：pH越大越有利于提升MnCO₃的产率；
（6）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．

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、Ksp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．