Question

2．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的一種工藝流程如圖1：
回答下列問題：
（1）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，其作用是使殘余Fe²⁺轉(zhuǎn)化為Fe³⁺．
（2）凈化工序的目的是除去溶液中的Cu²⁺、Ca²⁺等雜質(zhì)．若測得濾液中c（Fˉ）=0.01mol•Lˉ¹，濾液中殘留c（Ca²⁺）=1.46×10^-6 mol/L．[已知：K_sp（CaF₂）=1.46×10ˉ¹⁰]
（3）沉錳工序中，298K、c（Mn²⁺）為1.05mol•Lˉ¹時，實驗測得MnCO₃的產(chǎn)率與溶液pH、反應(yīng)時間關(guān)系如圖2所示．對比不同反應(yīng)條件下的曲線，僅據(jù)圖中信息，你能獲得的結(jié)論是pH等于7.0時反應(yīng)速率最快，且MnCO₃產(chǎn)率最高．
（4）副產(chǎn)品A的一種用途是化肥等．
（5）溶浸過程中發(fā)生的主要反應(yīng)如下，請完成并配平該反應(yīng)的離子方程式．
FeS₂+MnO₂+28H⁺=Fe³⁺+Mn²⁺+SO₄²ˉ+14H₂O
（6）為了提高溶浸工序中原料的浸出效率，可以采取的措施有ABCD
A．?dāng)嚢?nbsp;        B．適當(dāng)升高溫度       C．研磨礦石         D．適當(dāng)提高稀硫酸的濃度．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)影響固體溶解的因素分析，提高溶浸工序中原料的浸出效率是為了加快固體溶解；
（2）根據(jù)得失電子守恒、原子守恒和電荷守恒分析配平書寫離子方程式，元素化合價變化，鐵元素從+2價變化為鐵離子，硫元素從-1價變化為+6價，二氧化錳做氧化劑，錳元素化合價從+4價變化為+2價，電荷守恒和原子守恒配平缺項物質(zhì)和系數(shù)；
（3）根據(jù)MnCO₃的產(chǎn)率與溶液pH、反應(yīng)時間關(guān)系圖可知，pH值越大，MnCO₃的產(chǎn)率越高；
（4）根據(jù)K_sp（CaF₂）和c（F^-），寫出溶度積常數(shù)表達(dá)式求算鈣離子濃度；
（5）根據(jù)MnCO₃的產(chǎn)率與溶液pH、反應(yīng)時間關(guān)系如圖分析，縱軸是碳酸錳的產(chǎn)率，橫軸為時間，不同PH時的產(chǎn)率變化曲線分析判斷，PH越大，產(chǎn)率越大，曲線越陡反應(yīng)速率越大分析；
（6）根據(jù)溶液中含有的離子分析副產(chǎn)品的主要成分為銨鹽，可以做氮肥化肥．

解答 解：（1）加入石灰調(diào)節(jié)溶液的pH使鐵離子沉淀完全，在加入石灰調(diào)節(jié)溶液的pH前，加入適量的軟錳礦主要是使二價鐵離子氧化為鐵離子；
故答案為：使殘余Fe²⁺轉(zhuǎn)化為Fe³⁺；
（2）已知K_sp（CaF₂））=1.46×10^-10，c（F^-）=0.01 mol•L^-1 ，則c（Ca²⁺）=$\frac{Ksp}{{c}^{2}（{F}^{-}）}$=$\frac{1.46×1{0}^{-10}}{0.0{1}^{2}}$=1.46×10^-6mol•L^-1，
故答案為：1.46×10^-6mol/L；
（3）根據(jù)MnCO₃的產(chǎn)率與溶液pH、反應(yīng)時間關(guān)系如圖可知：pH等于7.0時反應(yīng)到達(dá)平衡所用時間最短，即反應(yīng)速率最快，且MnCO₃產(chǎn)率最高，
故答案為：pH等于7.0時反應(yīng)速率最快，且MnCO₃產(chǎn)率最高；
（4）溶浸過程中發(fā)生的反應(yīng)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，可以做化肥；
故答案為：化肥等；
（5）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(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：
2Fe²⁺+15MnO₂+28H⁺=2Fe³⁺+14H₂O+15Mn²⁺+4SO₄²，
故答案為：2；15；28H⁺；2；15；4；14H₂O；
（6）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，適當(dāng)提高稀硫酸的濃度；
故答案為：ABCD．

點評 本題以工業(yè)流程圖為依托，考查了化學(xué)式的計算、離子方程式的書寫、電極反應(yīng)式等，題目難度較大，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)知識的能力．