工业用废铁屑还原软锰矿(主要成分为MnO2.另有少量的铁和SiO2等)制备硫酸锰．其工艺流程示意如图:(1)浸出过程中.MnO2被铁屑还原为Mn2+进入溶液.该步骤中涉及的主要离子反应有:Fe+2H+═Fe2++H2↑,MnO2+2Fe2++4H+═Mn2++2Fe3++2H2O,2Fe3++Fe=3Fe2+．(2)除杂过程中加入碳酸钙的目的是� 题目和参考答案——青夏教育精英家教网—

题目内容

9．工业用废铁屑还原软锰矿（主要成分为MnO₂，另有少量的铁和SiO₂等）制备硫酸锰．其工艺流程示意如图：

（1）浸出过程中，MnO₂被铁屑还原为Mn²⁺进入溶液，该步骤中涉及的主要离子反应有：Fe+2H⁺═Fe²⁺+H₂↑；MnO₂+2Fe²⁺+4H⁺═Mn²⁺+2Fe³⁺+2H₂O；2Fe³⁺+Fe=3Fe²⁺．
（2）除杂过程中加入碳酸钙的目的是调节溶液的pH，将Fe³⁺转化为Fe（OH）₃沉淀而被除去．
（3）除钙过程中，欲使Ca²⁺沉淀完全[当溶液中c（Ca²⁺）≤10^-5mol•L^-1时，即可认为Ca²⁺已沉淀完全]，则溶液中c（F^-）应≥1×10^-3mol•L^-1，（已知该常温下CaF₂的K_sp=1×10^-11）．
（4）该生产流程中，硫酸的用量不宜过多，其原因是避免生成CaSO₄沉淀．
（5）工业上可用电解硫酸锰和硫酸混合溶液的方法制备二氧化锰，Mn²⁺在阳极失电子转化为MnO₂．

分析（1）铁还能够与硫酸反应生成硫酸亚铁和氢气，据此写出反应的离子方程式；
（2）在溶液中存在水解平衡：Fe³⁺+3H₂O?Fe（OH）₃+3H⁺，加入CaCO₃后，由于CaCO₃（s）?Ca²⁺（aq）+CO₃^2-（aq）、CO₃^2-+2H⁺═CO₂↑+H₂O，溶液中氢离子浓度减小，使得Fe³⁺的水解平衡向正反应方向移动，将Fe³⁺转化为Fe（OH）₃沉淀；
（3）Ksp（CaF₂）=1×10^-11=c（Ca²⁺）×c²（F^-），当溶液中c（Ca²⁺）≤10^-5mol•L^-1时，可认为Ca²⁺已沉淀完全，则c（F^-）≥$\sqrt{\frac{1×1{0}^{-11}}{1{0}^{-5}}}$mol/L；
（4）钙离子与硫酸根离子能够反应生成微溶物硫酸钙．

解答解：（1）铁还能够与硫酸反应生成硫酸亚铁和氢气，反应的离子方程式为：Fe+2H⁺═Fe²⁺+H₂↑，
故答案为：Fe+2H⁺═Fe²⁺+H₂↑；
（2）在溶液中存在水解平衡：Fe³⁺+3H₂O?Fe（OH）₃+3H⁺，加入CaCO₃后，由于CaCO₃（s）?Ca²⁺（aq）+CO₃^2-（aq）、CO₃^2-+2H⁺═CO₂↑+H₂O，溶液中氢离子浓度减小，使得Fe³⁺的水解平衡向正反应方向移动，因此Fe³⁺转化为Fe（OH）₃沉淀而被除去，
故答案为：调节溶液的pH，将Fe³⁺转化为Fe（OH）₃沉淀而被除去；
（3）Ksp（CaF₂）=1×10^-11=c（Ca²⁺）×c²（F^-），当溶液中c（Ca²⁺）≤10^-5mol•L^-1时，可认为Ca²⁺已沉淀完全，则c（F^-）≥$\sqrt{\frac{1×1{0}^{-11}}{1{0}^{-5}}}$mol/L=1×10^-3mol•L^-1，
故答案为：≥1×10^-3mol•L^-1；
（4）钙离子与硫酸根离子能够反应生成微溶物硫酸钙，若硫酸用量过多，溶液生成硫酸钙沉淀，
故答案为：避免生成CaSO₄沉淀．

点评本题考查了制备方案的设计，题目难度中等，明确制备流程及发生原理为解答关键，注意掌握难溶物溶解平衡及溶度积的计算方法，试题培养了学生的分析能力及化学计算、化学实验能力．

练习册系列答案

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A．