Question

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，可以采取的措施有（寫一條）

 

．
（2）除鐵工序中，在加入石灰調(diào)節(jié)溶液的pH前，加入適量的軟錳礦，其作用是（用離子方程式表示）

 

．
（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^-）=0.01mol?L^-1，濾液中殘留的c（Ca²⁺）=

 

〔已知：K_sp（CaF₂）=1.46×10^-10〕，
（4）沉錳工序中，298K、c（Mn²⁺）為1.05mol?L^-1時(shí)，實(shí)驗(yàn)測(cè)得MnCO₃的產(chǎn)率與溶液pH、反應(yīng)時(shí)間的關(guān)系如圖2所示．根據(jù)圖中信息得出的結(jié)論是

 

．
（5）沉錳工序中有CO₂生成，則生成MnCO₃的離子方程式是

 

．
（6）從沉錳工序中得到純凈MnCO₃的操作方法是

 

，沉錳工序中怎樣證明MnCO₃已經(jīng)洗滌干凈

 

，副產(chǎn)品A的化學(xué)式是

 

．

Answer 1

考點(diǎn)：制備實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)

專題：實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)題

分析：（1）通過攪拌、適當(dāng)升高溫度、研磨礦石、適當(dāng)增大酸的濃度等，可以提高溶浸工序中原料的浸出率；
（2）主要成分是FeS₂的黃鐵礦在酸浸過程中產(chǎn)生亞鐵離子，因此流程第二步除鐵環(huán)節(jié)的鐵應(yīng)該轉(zhuǎn)化鐵離子才能更好除去，所以需要加入氧化劑軟錳礦使殘余的Fe²⁺轉(zhuǎn)化為Fe³⁺；
（3）由于流程第二步加入了石灰引入了Ca²⁺雜質(zhì)，因此除去溶液中的Cu²⁺、Ca²⁺等雜質(zhì)可分別使用（NH₄）₂S和NH₄F，生成CuS、CaF沉淀除去，根據(jù)已知氟化鈣的溶度積和c（F^-），可求c（Ca²⁺）；
（4）根據(jù)沉錳的圖象可知，pH越大得到的MnCO₃的產(chǎn)率越高，且需要的時(shí)間越短，且在pH=7時(shí)，有更好的效果；
（5）沉錳工序的溶液中有Mn²⁺，加入碳酸氫銨，Mn²⁺會(huì)與HCO₃^-電離產(chǎn)生的CO₃^2-結(jié)合成難溶的沉淀MnCO₃，從而促進(jìn)HCO₃^-進(jìn)一步電離產(chǎn)生H⁺，一部分HCO₃^-又與電離得到的H⁺反應(yīng)生成氣體CO₂，據(jù)此寫出反應(yīng)的化學(xué)方程式；
（6）從沉錳工序中得到純凈MnCO₃，只需將沉淀析出的MnCO₃過濾、洗滌、干燥即可得到碳酸錳；可根據(jù)MnCO₃的難溶性驗(yàn)證是否洗滌干凈；得到的濾液中還有大量的銨根離子和硫酸根離子沒有反應(yīng)，據(jù)此判斷副產(chǎn)品．

解答： 解：（1）提高浸取率的措施可以是攪拌、適當(dāng)升高溫度、研磨礦石、適當(dāng)增大酸的濃度等，
故答案為：攪拌、適當(dāng)升高溫度、研磨礦石、適當(dāng)提高稀硫酸的濃度；
（2）主要成分是FeS₂的黃鐵礦在酸浸過程中產(chǎn)生亞鐵離子，因此流程第二步除鐵環(huán)節(jié)的鐵應(yīng)該轉(zhuǎn)化鐵離子才能更好除去，所以需要加入氧化劑軟錳礦使殘余的Fe²⁺轉(zhuǎn)化為Fe³⁺，離子方程式為MnO₂+2Fe²⁺+4H⁺=2Fe³⁺+Mn²⁺+2H₂O，再加入石灰調(diào)節(jié)pH值使Fe³⁺完全沉淀，
故答案為：MnO₂+2Fe²⁺+4H⁺=2Fe³⁺+Mn²⁺+2H₂O；
（3）由于流程第二步加入了石灰引入了Ca²⁺雜質(zhì)，因此除去溶液中的Cu²⁺、Ca²⁺等雜質(zhì)可分別使用（NH₄）₂S和NH₄F，生成CuS、CaF沉淀除去，根據(jù)已知氟化鈣的溶度積和c（F^-）可知：c（Ca²⁺）=

Ksp(CaF2)

c2(F-)

=

1.46×10-10

0.012

=1.46×10^-6mol?L^-1，
故答案為：1.46×10^-6mol?L^-1；
（4）從沉錳的圖象可以看出，在已給的幾個(gè)pH值條件下，pH越大得到的MnCO₃的產(chǎn)率越高，且需要的時(shí)間越短，且在pH=7時(shí)，有更好的效果，因此結(jié)論是pH等于7.0時(shí)反應(yīng)速率最快，且MnCO₃的產(chǎn)率最高，
故答案為：pH等于7.0時(shí)反應(yīng)速率最快，且MnCO₃的產(chǎn)率最高；
（5）沉錳工序的溶液中有Mn²⁺，加入碳酸氫銨，Mn²⁺會(huì)與HCO₃^-電離產(chǎn)生的CO₃^2-結(jié)合成難溶的沉淀MnCO₃，從而促進(jìn)HCO^3-進(jìn)一步電離產(chǎn)生H+，一部分HCO₃^-又與電離得到的H⁺反應(yīng)生成氣體CO₂，因此整個(gè)反應(yīng)可以表達(dá)成Mn²⁺+2HCO₃^-=MnCO₃↓+CO₂↑+H₂O，
故答案為：Mn²⁺+2HCO₃^-=MnCO₃↓+CO₂↑+H₂O；
（6）從沉錳工序中得到純凈MnCO₃，只需將沉淀析出的MnCO₃過濾、洗滌、干燥即可；可根據(jù)MnCO₃的難溶性驗(yàn)證是否洗滌干凈，方法為：取最后一次洗滌液少量于試管中，加入過量鹽酸，再滴加少量BaCl₂溶液，振蕩，無沉淀產(chǎn)生，則已洗滌干凈；得到的濾液中還有大量的銨根離子和硫酸根離子沒有反應(yīng)，因此可以制的副產(chǎn)品為：（NH₄）₂SO₄，
故答案為：過濾、洗滌、干燥；取最后一次洗滌液少量于試管中，加入過量鹽酸，再滴加少量BaCl₂溶液，振蕩，無沉淀產(chǎn)生，則已洗滌干凈；（NH₄）₂SO₄．

點(diǎn)評(píng)：本題通過碳酸錳的制備，考查了物質(zhì)制備實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)方法，題目難度較大，明確制備流程及相應(yīng)的反應(yīng)原理為解答關(guān)鍵，試題涉及的知識(shí)點(diǎn)較多、綜合性較強(qiáng)，充分考查了學(xué)生的分析、理解能力及化學(xué)實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Γ?/div>