Question

4．碳酸錳主要用于制備軟磁鐵氧體，工業(yè)上以軟錳礦（主要成分MnO₂）和黃鐵礦（主要成分FeS₂）為主要原料制備碳酸錳（MnCO₃難溶，分解溫度較高）的一種工藝流程如圖：

已知：幾種金屬離子沉淀的pH如表：

	Fe2+	Fe3+	Mn2+
開(kāi)始沉淀的pH	7.5	3.2	8.8
完全沉淀的pH	9.7	3.7	10.4

回答下列問(wèn)題：
（1）為了提高溶浸工序中原料的浸出效率，可以采取的措施有ABC
A．適當(dāng)升高溫度     B．加壓      C．研磨礦石      D．加入足量的蒸餾水
（2）溶浸過(guò)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：
2FeS₂+15MnO₂+28H⁺═2Fe³⁺+15Mn²⁺+4SO₄²ˉ+14H₂O
（3）操作1經(jīng)過(guò)濾、洗滌（填操作名稱(chēng)）烘干等過(guò)程可得到無(wú)水碳酸錳．
（4）①除鐵工序中，先加入適量的軟錳礦，其作用是除去可能未被完全氧化的Fe²⁺，如何檢驗(yàn)溶液中的Fe²⁺已被完全氧化？加入酸性高錳酸鉀溶液，觀察是否褪色
②再加入石灰調(diào)節(jié)溶液pH的范圍為3.7～5.2．
（5）副產(chǎn)品A的主要成分是（NH₄）₂SO₄．
（6）黃鐵礦（主要成分是FeS₂）還可以用來(lái)制備化工原料FeSO₄，F(xiàn)eSO₄可轉(zhuǎn)化為FeCO₃，
FeCO₃在空氣中加熱反應(yīng)可制得鐵系氧化物材料．
已知25℃，101kPa時(shí)：
4Fe（s）+3O₂（g）═2Fe₂O₃（s）△H=-1648kJ/mol
C（s）+O₂（g）═CO₂（g）△H=-393kJ/mol
2Fe（s）+2C（s）+3O₂（g）═2FeCO₃（s）△H=-1480kJ/mol
FeCO₃在空氣中加熱反應(yīng)生成Fe₂O₃的熱化學(xué)方程式是4FeCO₃（s）+O₂（g）=2Fe₂O₃（s）+4CO₂（g）△H=-260kJ/mol．

Answer 1

分析 由流程可知軟錳礦（主要成分MnO₂）和黃鐵礦加入硫酸酸浸過(guò)濾得到浸出液調(diào)節(jié)溶液PH，使鐵離子全部沉淀，過(guò)濾得到浸出液中主要含有Cu²⁺、Ca²⁺等雜質(zhì)，加入硫化銨和氟化銨，除去Cu²⁺、Ca²⁺過(guò)濾，在濾液中加入碳酸氫銨和氨水過(guò)濾得到混合溶液加熱趕出氨氣結(jié)晶析出得到硫酸銨，濾渣為碳酸錳，通過(guò)洗滌、烘干得到硫酸錳晶體，
（1）升高溫度、攪拌、減小固體的顆粒等均能加速固體的溶解，據(jù)此分析；
（2）FeS₂與MnO₂反應(yīng)后生成Fe³⁺、Mn²⁺和SO₄^2-，1molFeS₂失去15mol電子，1molMnO₂得到2mol電子，根據(jù)得失電子守恒、原子守恒和電荷守恒分析配平；
（3）經(jīng)過(guò)濾、洗滌烘干等過(guò)程可得到無(wú)水碳酸錳；
（4）①二價(jià)鐵離子有還原性；②根據(jù)三價(jià)鐵離子沉淀的pH范圍判斷；
（5）根據(jù)溶液中含有的離子分析副產(chǎn)品的主要成分；
（6）發(fā)生反應(yīng)：4FeCO₃+O₂ 2Fe₂O₃+4CO₂，根據(jù)蓋斯定律，由已知熱化學(xué)方程式乘以適當(dāng)?shù)南禂?shù)進(jìn)行加減，構(gòu)造目標(biāo)熱化學(xué)方程式．

解答 解：軟錳礦（主要成分MnO₂）和黃鐵礦加入硫酸酸浸過(guò)濾得到浸出液調(diào)節(jié)溶液PH，使鐵離子全部沉淀，過(guò)濾得到浸出液中主要含有Cu²⁺、Ca²⁺等雜質(zhì)，加入硫化銨和氟化銨，除去Cu²⁺、Ca²⁺過(guò)濾，在濾液中加入碳酸氫銨和氨水過(guò)濾得到混合溶液加熱趕出氨氣結(jié)晶析出得到硫酸銨，濾渣為碳酸錳，通過(guò)洗滌、烘干得到硫酸錳晶體，
（1）升高溫度、攪拌、減小固體的顆粒等均能加速固體的溶解，所以為了提高溶浸工序中原料的浸出效率，可以采取的措施有：適當(dāng)升高溫度，攪拌，研磨礦石，
故答案為：ABC；
（2）FeS₂與MnO₂反應(yīng)后生成Fe³⁺、Mn²⁺和SO₄^2-，1molFeS₂失去15mol電子，1molMnO₂得到2mol電子，根據(jù)得失電子守恒，F(xiàn)eS₂的計(jì)量數(shù)為2，MnO₂的計(jì)量數(shù)為15，則生成的Fe³⁺計(jì)量數(shù)為2，SO₄^2-的計(jì)量數(shù)為4，Mn²⁺的計(jì)量數(shù)為15，根據(jù)電荷守恒可知反應(yīng)物中有H⁺，根據(jù)原子守恒可知生成物有H₂O；所以離子方程式配平為：
2FeS₂+15MnO₂+28H⁺=2Fe³⁺+14H₂O+15Mn²⁺+4SO₄²，
故答案為：28H⁺；2；15；4；14H₂O；
（3）過(guò)濾分離不溶物和可溶性雜質(zhì)，經(jīng)過(guò)濾、洗滌烘干等過(guò)程可得到無(wú)水碳酸錳，故答案為：過(guò)濾；洗滌；
（4）①二價(jià)鐵離子有還原性，能使酸性高錳酸鉀溶液褪色，故答案為：加入酸性高錳酸鉀溶液，觀察是否褪色；
②由表中數(shù)據(jù)可知三價(jià)鐵離子完全的沉淀的PH為3.7，銅離子開(kāi)始沉淀的范圍為5.2，所以加入石灰調(diào)節(jié)溶液的pH的范圍為3.7～5.2，故答案為：3.7～5.2；
（5）溶浸過(guò)程中發(fā)生的反應(yīng)生成硫酸根離子，后來(lái)又加入了硫化銨、碳酸氫銨，所以產(chǎn)品中含有（NH₄）₂SO₄，
故答案為：（NH₄）₂SO₄；
（6）發(fā)生反應(yīng)：4FeCO₃+O₂2Fe₂O₃+4CO₂，
已知：①4Fe（s）+3O₂（g）═2Fe₂O₃（s）△H=-1648kJ/mol
②C（s）+O₂（g）═CO₂（g）△H=-393kJ/mol
③2Fe（s）+2C（s）+3O₂（g）═2FeCO₃（s）△H=-1480kJ/mol
根據(jù)蓋斯定律，①-③×2+②×4可得4FeCO₃（s）+O₂（g）=2Fe₂O₃（s）+4CO₂（g），故△H=-1648kJ/mol-2×（-1480kJ/mol）+4×（-393kJ/mol）=-260kJ/mol，
故反應(yīng)熱化學(xué)方程式為：4FeCO₃（s）+O₂（g）=2Fe₂O₃（s）+4CO₂（g）△H=-260kJ/mol，
故答案為：4FeCO₃（s）+O₂（g）=2Fe₂O₃（s）+4CO₂（g）△H=-260kJ/mol．

點(diǎn)評(píng) 本題以工業(yè)流程圖為依托，考查了實(shí)驗(yàn)條件的選擇、離子方程式的書(shū)寫(xiě)、反應(yīng)熱的計(jì)算等，題目難度中等，解題關(guān)鍵是合理分析題中生成流程及表中離子完全沉淀時(shí)的數(shù)據(jù)的含義，試題培養(yǎng)了學(xué)生分析、理解能力及靈活應(yīng)用所學(xué)知識(shí)的能力．