Question

6．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）的一種工藝流程如下：

已知：幾種金屬離子沉淀的pH如下表：

	Fe2+	Fe3+	Cu2+	Mn2+
開始沉淀的pH	7.5	3.2	5.2	8.8
完全沉淀的pH	9.7	3.7	7.8	10.4

回答下列問題：
（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．適當升高溫度     B．攪拌      C．研磨礦石      D．加入足量的蒸餾水
（2）溶浸過程中發(fā)生的主要反應如下，請完成并配平該反應的離子方程式：
2FeS₂+15MnO₂+28H⁺=2Fe³⁺+15Mn²⁺+4SO₄²ˉ+14H₂O
（3）凈化工序的目的是除去溶液中的Cu²⁺、Ca²⁺等雜質．
請寫出除去Cu²⁺的離子方程式：Cu²⁺+S²ˉ=CuS↓；
若測得濾液中c（Fˉ）=0.01mol•Lˉ¹，則濾液中殘留c（Ca²⁺）=1.5×10^-6mol•Lˉ¹．
[已知：K_sp（CaF₂）=1.5×10ˉ¹⁰]
（4）除鐵工序中，先加入適量的軟錳礦，其作用是使殘余Fe²⁺轉化為Fe³⁺，再加入石灰調節(jié)溶液的pH的范圍為3.7～5.2．
（5）副產(chǎn)品A的主要成分是（NH₄）₂SO₄．

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濾得到浸出液調節(jié)溶液PH，使鐵離子全部沉淀，過濾得到浸出液中主要含有Cu²⁺、Ca²⁺等雜質，加入硫化銨和氟化銨，除去Cu²⁺、Ca²⁺過濾，在濾液中加入碳酸氫銨和氨水過濾得到混合溶液加熱趕出氨氣結晶析出得到硫酸銨，濾渣為碳酸錳，通過洗滌、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）凈化工序中用硫離子與Cu²⁺、Ca²⁺反應生成沉淀，而除去Cu²⁺、Ca²⁺，根據(jù)KK_sp（CaF₂）和c（F^-）求算鈣離子濃度；
（4）鐵工序中，先加入適量的軟錳礦，使殘余Fe²⁺轉化為Fe³⁺，根據(jù)三價鐵離子沉淀的pH范圍判斷；
（5）根據(jù)MnCO₃的產(chǎn)率與溶液pH、反應時間關系如圖分析；
（6）根據(jù)溶液中含有的離子分析副產(chǎn)品的主要成分．

解答 解：軟錳礦（主要成分MnO₂）和黃鐵礦加入硫酸酸浸過濾得到浸出液調節(jié)溶液PH，使鐵離子全部沉淀，過濾得到浸出液中主要含有Cu²⁺、Ca²⁺等雜質，加入硫化銨和氟化銨，除去Cu²⁺、Ca²⁺過濾，在濾液中加入碳酸氫銨和氨水過濾得到混合溶液加熱趕出氨氣結晶析出得到硫酸銨，濾渣為碳酸錳，通過洗滌、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：適當升高溫度，攪拌，研磨礦石，
故答案為：ABC；
（2）FeS₂與MnO₂反應后生成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的計量數(shù)為2，MnO₂的計量數(shù)為15，則生成的Fe³⁺計量數(shù)為2，SO₄^2-的計量數(shù)為4，Mn²⁺的計量數(shù)為15，根據(jù)電荷守恒可知反應物中有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）凈化工序中用硫離子與Cu²⁺、Ca²⁺反應生成沉淀，而除去Cu²⁺、Ca²⁺，反應的離子方程式為Cu²⁺+S²ˉ=CuS↓，已知K_sp（CaF₂））=1.5×10^-10，c（F^-）=0.01 mol•L^-1 ，則c（Ca²⁺）=$\frac{Ksp}{c{\;}^{2}（F{\;}^{-}）}$=$\frac{1.5×1{0}^{-10}}{0.0{1}^{2}}$=1.5×10^-6mol•L^-1，
故答案為：Cu²⁺+S²ˉ=CuS↓；1.5×10^-6；
（4）鐵工序中，先加入適量的軟錳礦，使殘余Fe²⁺轉化為Fe³⁺，便于將鐵離子沉淀，由表中數(shù)據(jù)可知三價鐵離子完全的沉淀的PH為3.7，銅離子開始沉淀的范圍為5.2，所以加入石灰調節(jié)溶液的pH的范圍為3.7～5.2，
故答案為：使殘余Fe²⁺轉化為Fe³⁺；3.7～5.2；
（5）根據(jù)MnCO₃的產(chǎn)率與溶液pH、反應時間關系如圖可知：pH等于7.0時反應到達平衡所用時間最短，即反應速率最快，且MnCO₃產(chǎn)率最高，
故答案為：pH等于7.0時反應速率最快，且MnCO₃產(chǎn)率最高；
（6）溶浸過程中發(fā)生的反應生成硫酸根離子，后來又加入了硫化銨、碳酸氫銨，所以產(chǎn)品中含有（NH₄）₂SO₄，
故答案為：（NH₄）₂SO₄．

點評 本題以工業(yè)流程圖為依托，考查了實驗條件的選擇、離子方程式的書寫、Ksp的計算等，題目難度中等，解題關鍵是合理分析題中生成流程及表中離子完全沉淀時的數(shù)據(jù)的含義，試題培養(yǎng)了學生分析、理解能力及靈活應用所學知識的能力．