Question

11．锰的用途非常广泛，以碳酸锰矿（主要成分为MnCO₃，还含有铁、镍、钴等碳酸盐杂质）为原料生产金属锰的工艺流程如下：

已知25℃，部分物质的溶度积常数如表：

物质	Mn（OH）2	Co（OH）2	Ni（OH）2	MnS	CoS	NiS
Ksp	2.1×10-13	3.0×10-16	5.0×10-16	1.0×10-11	5.0×10-22	1.0×10-22

（1）步骤Ⅰ中，为加快溶浸速率，可采取的措施是：升高温度、适当增大硫酸浓度、减小矿粉颗粒直径．（至少答两条）
（2）则滤渣1的主要成分为Fe（OH）₃（填化学式）．已知MnO₂的作用为氧化剂，则得到该成分所涉及的离子方程式为2Fe²⁺+MnO₂+4H⁺=2Fe³⁺+Mn²⁺+2H₂O；Fe³⁺+3NH₃﹒H₂O=Fe（OH）₃↓+3NH₄⁺．
（3）步骤Ⅲ中，所加（NH₄）₂S的浓度不宜过大的原因是若（NH₄）₂S的浓度过大，产生MnS沉淀，造成产品损失．
（4）滤液2中，c（Co²⁺）：c（Ni²⁺）=5：1．
（5）将质量为a kg的碳酸锰矿经上述流程处理后得到单质Mn b kg．若每一步都进行完全，滤渣1为纯净物，质量为c kg，则原碳酸锰矿中MnCO₃的质量分数为$\frac{（b-\frac{c}{107}×\frac{1}{2}×55）×\frac{115}{55}}{a}$×100%．（用含a、b、c的式子表达，无需化简）

Answer 1

分析 向碳酸锰矿（主要成分为MnCO₃，还含有铁、镍、钴等碳酸盐杂质）中加入硫酸，可以发生反应生成硫酸盐，向其中就如具有氧化性的二氧化锰，可以将亚铁离子氧化为铁离子，调节pH可以将氢氧化铁沉淀下来，向滤液中加入硫化铵，可以将镍离子、钴离子形成硫化物沉淀下来，最后对得到的含有锰离子的盐电解，可以得到金属锰，以此解答该题．

解答 解：（1）搅拌固体和液体的混合物，升高温度、增大浓度等，可加快反应速率，所以为了提高浸取率可采取的措施有加热或搅拌或增大硫酸浓度等，
故答案为：升高温度、适当增大硫酸浓度、减小矿粉颗粒直径；
（2）步骤Ⅱ中，MnO₂在酸性条件下可将Fe²⁺离子氧化为Fe³⁺，反应的离子方程式MnO₂+2Fe²⁺+4H⁺=Mn²⁺+2Fe³⁺+2H₂O，加入氨水调节pH为5.0～6.0，发生Fe³⁺+3NH₃﹒H₂O=Fe（OH）₃↓+3NH₄⁺，可得到沉淀Fe（OH）₃，
故答案为：Fe（OH）₃；2Fe²⁺+MnO₂+4H⁺=2Fe³⁺+Mn²⁺+2H₂O；Fe³⁺+3NH₃﹒H₂O=Fe（OH）₃↓+3NH₄⁺；
（3）向滤液中滴入适量的（NH₄）₂S溶液，目的是除去Co²⁺、Ni²⁺，若（NH₄）₂S的浓度过大，产生MnS沉淀，造成产品损失，
故答案为：若（NH₄）₂S的浓度过大，产生MnS沉淀，造成产品损失；
（4）CoS、NiS的Ksp分别为5.0×10^-22、1.0×10^-22，加入足量（NH₄）₂S溶液后，生成CoS、NiS沉淀，溶液中c（Co²⁺）：c（Ni²⁺）=5.0×10^-22：1.0×10^-22=5：1，
故答案为：5：1；
（5）滤渣1为为Fe（OH）₃，质量为c kg，则n（Fe³⁺）=n（Fe（OH）₃）=$\frac{1000c}{107}$mol，由2Fe²⁺+MnO₂+4H⁺=2Fe³⁺+Mn²⁺+2H₂O可知n（MnO₂）=$\frac{1}{2}$×$\frac{1000c}{107}$mol，
将质量为a㎏的碳酸锰矿经上述流程处理后得到单质Mn b kg，n（Mn）=$\frac{1000b}{55}$mol，
可知n（MnCO₃）=$\frac{1000b}{55}$mol-$\frac{1}{2}$×$\frac{1000c}{107}$mol，
m（MnCO₃）=（$\frac{1000b}{55}$mol-$\frac{1}{2}$×$\frac{1000c}{107}$mol）×115g/mol，
则原碳酸锰矿中MnCO₃的质量分数为$\frac{（b-\frac{c}{107}×\frac{1}{2}×55）×\frac{115}{55}}{a}$×100%，
故答案为：$\frac{（b-\frac{c}{107}×\frac{1}{2}×55）×\frac{115}{55}}{a}$×100%．

点评 本题考查了制备方案的设计，为高考常见题型，题目难度中等，根据制备流程明确制备原理为解答关键，试题培养了学生的分析、理解能力及化学实验能力．