Question

【題目】工業上可用軟錳礦（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）副產品A的化學式是________________。

（3）凈化工序的目的是除去溶液中的Cu2＋、Ca2＋等雜質。若測得濾液中c(F－)＝0.01 mol·L－1，則濾液中殘留的c(Ca2＋)＝________________〔已知：Ksp(CaF2)＝1.46×10－10〕。

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

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

（6）溶浸過程中發生的主要反應如下，請完成并配平該反應的離子方程式：_____________ FeS2＋_____________ MnO2＋_____________ ＝_____________ Fe3＋＋_____________ Mn2＋＋_____________ SO42－＋_____________ ，___________________

Answer 1

【答案】適當升高溫度、適當提高稀硫酸的濃度 (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，反應條件的控制，溶度積的計算，離子方程式的書寫，基本實驗操作，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主要轉化為MnSO4，黃鐵礦中FeS2主要轉化為Fe2（SO4）3；溶浸過程中FeS2可能轉化為FeSO4，溶浸后的溶液中加入MnO2將Fe2+氧化成Fe3+，加入石灰調節pH使Fe3+完全轉化為Fe（OH）3沉淀除去；凈化工序中加入（NH4）2S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：適當升高溫度、適當提高稀硫酸的濃度。

（2）沉錳過濾后的廢液中含大量的NH4+、SO42-，副產品A的化學式為（NH4）2SO4。

（3）CaF2的溶解平衡表達式為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（CaF2）c2（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，同時有淺紅色的沉淀生成，Mn2+與HCO3-電離產生的CO32-形成MnCO3沉淀，促進HCO3-進一步電離產生H+，H+與另一部分HCO3-生成H2O和CO2，發生反應的離子方程式為Mn2++2HCO3-=MnCO3↓+H2O+CO2↑。沉錳工序中要判斷沉淀已經洗滌干凈即檢驗最后洗滌液中不含（NH4）2SO4，沉錳工序中判斷沉淀已經洗滌干凈的實驗操作是：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潮濕時易被空氣氧化，100℃MnCO3開始分解，工業上用少量C2H5OH洗滌的原因是：防止MnCO3潮濕時被空氣氧化、便于在溫度低于100℃干燥（乙醇的沸點低于100℃）。

（6）在反應中FeS2中Fe元素的化合價由+2價升至+3價，S元素的化合價由-1價升至+6價，1molFeS2失去15mol電子；Mn元素的化合價由+4價降至+2價，1molMnO2得到2mol電子；根據得失電子守恒配平：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。