Question

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：

已知：几种金属离子沉淀的pH如表

	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

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（　　）
A．适当升高温度   B．搅拌     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+

 

 

=

 

Fe³⁺+

 

 

+

 

 

+

 

SO₄^2-
（3）除铁工序中，先加入适量的软锰矿，其作用是，再加入石灰调节溶液的pH的范围为

 

．
（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（F^-）=0.01 mol?Lˉ¹ ，滤液中残留c（Ca²⁺）=

 

mol?L^-1．[已知：K_sp（CaF₂）=1.46×10ˉ¹⁰]
（5）沉锰工序中，298K、c（Mn²⁺）为1.05 mol?Lˉ¹时，实验测得MnCO₃的产率与溶液pH、反应时间关系如图．对比不同反应条件下的曲线，仅据图中信息，你能获得的结论是

 

（6）副产品的主要成分

 

．

Answer 1

考点：难溶电解质的溶解平衡及沉淀转化的本质

专题：电离平衡与溶液的pH专题

分析：（1）根据影响固体溶解的因素分析；
（2）根据得失电子守恒、原子守恒和电荷守恒分析配平；
（3）根据三价铁离子沉淀的PH范围判断；
（4）根据KK_sp（CaF₂）和c（F^-）求算钙离子浓度；
（5）根据MnCO₃的产率与溶液pH、反应时间关系如图分析；
（6）根据溶液中含有的离子分析副产品的主要成分．

解答： 解：（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：2；15；28；H⁺；2；14；H₂O、15；Mn²⁺；4；
（3）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；
（4）已知KK_sp（CaF₂））=1.46×10^-10，c（F^-）=0.01 mol?L^-1 ，则c（Ca²⁺）=c

Ksp

c2(F-)

=

1.46×10-10

0.012

=1.46×10^-6mol?L^-1，
故答案为：1.46×10^-6；
（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，
故答案为：pH等于7.0时反应速率最快，且MnCO₃产率最高；
（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．