【題目】工業(yè)上可用軟錳礦(主要成分是MnO2)和黃鐵礦(主要成分是FeS2)為主要原料制備高性能磁性材料碳酸錳(MnCO3)。其工業(yè)流程如下:

回答下列問題:

(1)為了提高溶浸工序中原料的浸出率,除了可以攪拌、將礦石研磨粉碎以外,可以采取的措施有(寫兩條)________________。

(2)副產(chǎn)品A的化學(xué)式是________________

(3)凈化工序的目的是除去溶液中的Cu2、Ca2等雜質(zhì)。若測(cè)得濾液中c(F)=0.01 mol·L1,則濾液中殘留的c(Ca2)=________________〔已知:Ksp(CaF2)=1.46×1010〕。

(4)沉錳工序中,加入NH4HCO3后有無色無味的氣體放出,同時(shí)有淺紅色的沉淀生成,發(fā)生反應(yīng)的離子方程式是________________;沉錳工序中判斷沉淀已經(jīng)洗滌干凈的實(shí)驗(yàn)操作是________________。

(5)已知MnCO3難溶于水和乙醇,潮濕時(shí)易被空氣氧化,100℃開始分解。工業(yè)上一般用少量C2H5OH洗滌的原因是________________。

(6)溶浸過程中發(fā)生的主要反應(yīng)如下,請(qǐng)完成并配平該反應(yīng)的離子方程式:_____________ FeS2_____________ MnO2_____________ _____________ Fe3_____________ Mn2_____________ SO42_____________ ,___________________

【答案】適當(dāng)升高溫度、適當(dāng)提高稀硫酸的濃度 (NH4)2SO4 1.46×10-6molL-1 Mn2++2HCO3-=MnCO3↓+CO2↑+H2O 取最后一次洗滌液,加入幾滴BaCl2溶液,若無白色沉淀生成,則洗滌干凈 防止MnCO3潮濕時(shí)被空氣氧化、便于在溫度低于100℃干燥 2FeS2+15MnO2+28H+=2Fe3++15Mn2++4SO42—+14H2O

【解析】

試題本題以軟錳礦和黃鐵礦為主要原料制備MnCO3的流程為載體,考查流程的分析,反應(yīng)條件的控制,溶度積的計(jì)算,離子方程式的書寫,基本實(shí)驗(yàn)操作,離子方程式的配平。軟錳礦和黃鐵礦用稀硫酸溶浸后軟錳礦中的MnO2主要轉(zhuǎn)化為MnSO4,黃鐵礦中FeS2主要轉(zhuǎn)化為Fe2(SO43;溶浸過程中FeS2可能轉(zhuǎn)化為FeSO4,溶浸后的溶液中加入MnO2Fe2+氧化成Fe3+,加入石灰調(diào)節(jié)pH使Fe3+完全轉(zhuǎn)化為Fe(OH)3沉淀除去;凈化工序中加入(NH42S除去Cu2+,加入NH4F除去Ca2+沉錳過程即向MnSO4溶液中加入NH4HCO3、氨水形成MnCO3,過濾后的廢液中含大量的NH4+、SO42-。

(1)為了提高溶浸工序中原料的浸出率,除了可以攪拌、將礦石研磨粉碎外,還可以采取的措施有:適當(dāng)升高溫度、適當(dāng)提高稀硫酸的濃度。

(2)沉錳過濾后的廢液中含大量的NH4+、SO42-,副產(chǎn)品A的化學(xué)式為(NH42SO4。

(3)CaF2的溶解平衡表達(dá)式為CaF2(s)Ca2+(aq)+2F-(aq),Ksp(CaF2)=c(Ca2+)·c2(F-),若濾液中c(F-)=0.01mol/L,則濾液中殘留的c(Ca2+)= Ksp(CaF2c2(F-)=1.4610-10(0.01)2=1.4610-6mol/L。

(4)沉錳工序中,加入NH4HCO3后有無色無味的氣體放出,同時(shí)有淺紅色的沉淀生成,Mn2+HCO3-電離產(chǎn)生的CO32-形成MnCO3沉淀,促進(jìn)HCO3-進(jìn)一步電離產(chǎn)生H+,H+與另一部分HCO3-生成H2OCO2,發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為Mn2++2HCO3-=MnCO3↓+H2O+CO2↑。沉錳工序中要判斷沉淀已經(jīng)洗滌干凈即檢驗(yàn)最后洗滌液中不含(NH42SO4沉錳工序中判斷沉淀已經(jīng)洗滌干凈的實(shí)驗(yàn)操作是取最后一次洗滌液少許,加入幾滴BaCl2溶液,若無白色沉淀生成,則洗滌干凈。

(5)MnCO3潮濕時(shí)易被空氣氧化,100℃MnCO3開始分解,工業(yè)上用少量C2H5OH洗滌的原因是:防止MnCO3潮濕時(shí)被空氣氧化、便于在溫度低于100℃干燥(乙醇的沸點(diǎn)低于100℃)。

(6)在反應(yīng)中FeS2Fe元素的化合價(jià)由+2價(jià)升至+3價(jià),S元素的化合價(jià)由-1價(jià)升至+6價(jià),1molFeS2失去15mol電子;Mn元素的化合價(jià)由+4價(jià)降至+2價(jià),1molMnO2得到2mol電子;根據(jù)得失電子守恒配平:2FeS2+15MnO2→2Fe3++4SO42-+15Mn2+,在溶浸過程中加入稀硫酸,結(jié)合原子守恒和電荷守恒,寫出配平的離子方程式為2FeS2+15MnO2+28H+=2Fe3++4SO42-+15Mn2++14H2O。

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