Question

某研究性学习小组在网上收集到如下信息：以贫软锰矿和有色金属冶炼厂的SO₂废气为原料制备高纯碳酸锰．已知，贫软锰矿的主要成分为MnO₂和少量Fe₂O₃、SiO₂、Al₂O₃等杂质．工艺流程如图1：

已知：有关氢氧化物沉淀pH对应表

物质	开始沉淀时的pH	完全沉淀时的pH
氢氧化铁	2.7	3.7
氢氧化铝	3.3	5.2
氢氧化亚铁	7.6	9.6

请回答：
（1）在浸出液除杂过程中需通入适量空气并调节溶液的pH到5.0～5.5，沉淀部分杂质离子，此时滤渣I中主要含有

 

（填化学式）．
（2）影响浸锰率的操作因素有多种，其中温度选择不合理时会产生杂质MnS₂O₆造成锰损失．温度对浸锰率的影响见图2、图3．

为了提高锰的浸出率，请选择合适的条件

 

．（填序号）
a．30℃～120℃b．150℃～155℃c．180℃以上
（3）在滤液中加入NH₄HCO₃生成MnCO₃的同时还可以获得一种作为肥料的副产物，写出该过程的化学反应方程式

 

，从废液中分离出该副产物的操作是蒸发浓缩、

 

．若该分离过程在实验室进行，其中除了需要酒精灯、蒸发皿、玻璃棒外，还需要

 

．
（4）现有含锰质量分数为20%的贫锰矿1吨，若按照上述工艺锰的产率为82.5%，最终获得碳酸锰的质量

 

．

Answer 1

考点：制备实验方案的设计,物质分离、提纯的实验方案设计

专题：

分析：由流程可知，酸浸后的过滤液中含有Mn²⁺、Fe³⁺、Al³⁺，浸取渣为SiO₂，结合表格数据可知，除杂若使用氢氧化钠溶液，会使铝离子反应生成偏铝酸根离子，无法生成沉淀，锰离子与氢氧根离子反应生成氢氧化锰沉淀；铝离子完全沉淀时溶液的pH=5.2，铁离子完全沉淀时溶液pH=3.2，所以调节溶液的最小pH为5.2；结合题中阳离子以氢氧化物形式完全沉淀时溶液的pH可知，Fe³⁺、Al³⁺完全转化为Fe（OH）₃和Al（OH）₃沉淀，过滤得到的滤液中含硫酸锰，加碳酸氢铵反应生成碳酸锰，以此来解答．

解答： 解：（1）pH到5.0～5.5，沉淀部分杂质离子，Fe³⁺、Al³⁺完全转化为Fe（OH）₃和Al（OH）₃沉淀，故答案为：Fe（OH）₃、Al（OH）₃；
（2）副反应为MnSO₄+SO₂ MnS₂O₆，温度选择不合理时会产生杂质MnS₂O₆造成锰损失，根据图象知，温度越高，MnS₂O₆的生成率越低，所以该反应的正反应是放热反应，焓变小于△H＜0；当温度为 150℃时，MnS₂O₆的生成率为0，故选温度为150℃，故答案为：b；
（3）滤液与NH₄HCO₃生成MnCO₃的同时还可以获得一种作为肥料的副产物为硫酸铵，该反应为2NH₄HCO₃+MnSO₄=MnCO₃↓+（NH₄）₂SO₄+CO₂↑+H₂O，从废液中分离出该副产物的操作是蒸发浓缩、冷却结晶、过滤，蒸发需要酒精灯、蒸发皿、玻璃棒，过滤需要漏斗、烧杯，
故答案为：2NH₄HCO₃+MnSO₄=MnCO₃↓+（NH₄）₂SO₄+CO₂↑+H₂O；冷却结晶、过滤；漏斗、烧杯；
（4）含锰质量分数为20%的贫锰矿1吨，则Mn的物质的量为1000kg×20%=200kg，由Mn～MnCO₃可知，生成MnCO₃的质量为200kg×82.5%×

115

55

=345kg，
故答案为：345kg．

点评：本题考查制备实验方案的设计，为高频考点，把握流程中混合物分离提纯、除杂及发生的反应为解答的关键，侧重分析、实验、推断及计算能力的综合考查，题目难度中等．