Question

工業(yè)上以碳酸錳礦為主要原料生產(chǎn)MnO₂的工藝流程如圖所示：

有關氫氧化物開始沉淀和沉淀完全的pH如下表：

氫氧化物	Al（OH）2	Fe（OH）3	Fe（OH）2	Cu（OH）2	Pb（OH）2	Mn（OH）2
開始沉淀的pH	3.3	1.5	6.5	4.2	8.0	8.3
沉淀完全的pH	5.2	3.7	9.7	6.7	8.8	9.8

請問答下列問題：
（1）酸浸前將碳酸錳礦粉碎的作用是

 

．
（2）酸浸后的溶液中含有Mn²⁺、SO₄^2-，另含有少量Fe²⁺、Fe³⁺、Al³⁺、Cu²⁺、Pb²⁺等，其除雜過程如下：
①加入MnO₂將Fe²⁺氧化，其離子反應方程式為

 

．
②加入CaO將溶液的pH調到5.2～6.0，其主要目的是

 

．
③加入BaS，除去Cu²⁺、Pb²⁺后，再加入NaF溶液，除去

 

．
（3）從溶液A中回收的主要物質是

 

，該物質常用作化肥．
（4）MnO₂粗品中含有少量Mn₃O₄，可以用稀硫酸處理，將其轉化為MnSO₄和MnO₂，然后再用氧化劑將Mn²⁺轉化為MnO₂，制得優(yōu)質MnO₂．寫出Mn₃O₄與稀硫酸反應的化學方程式：

 

．

Answer 1

考點：物質分離和提純的方法和基本操作綜合應用,難溶電解質的溶解平衡及沉淀轉化的本質

專題：實驗題

分析：（1）從影響反應速率的因素考慮；
（2）Fe²⁺具有還原性，可以被MnO₂在酸性條件下氧化成Fe³⁺；加入CaO將溶液的pH調到5.2～6.0，
Fe³⁺和Al³⁺分別生成氫氧化鐵和氫氧化鋁沉淀；再加入BaS，硫酸根和鋇離子生成硫酸鋇沉淀，Cu²⁺、Pb²⁺生成硫化銅和硫化鉛沉淀，
浸出液中含有加入的氧化鈣生成的鈣離子，再加入NaF溶液生成氟化鈣沉淀除去；
（3）從流程加入的物質和質量守恒分析；
（4）由MnO₂粗品中含有少量Mn₃O₄，可以用稀硫酸處理，將其轉化為MnSO₄和MnO₂，可知反應物為Mn₃O₄和稀硫酸，
生成物為MnSO₄和MnO₂，再利用化合價法和原子守恒配平方程式．

解答： 解：（1）將碳酸錳礦粉碎可以增大接觸面積，加快反應速率，使反應更充分，
故答案為：增大接觸面積，加快反應速率（使反應更充分）；
（2）①Fe²⁺具有還原性，可以被MnO₂在酸性條件下氧化成Fe³⁺，反應的離子方程式為2Fe²⁺+MnO₂+4H⁺=2Fe³⁺+Mn²⁺+2H₂O，
故答案為：SO₂+MnO₂=MnSO₄；2Fe²⁺+MnO₂+4H⁺=2Fe³⁺+Mn²⁺+2H₂O；
②加入CaO將溶液的pH調到5.2～6.0，F(xiàn)e³⁺和Al³⁺分別生成氫氧化鐵和氫氧化鋁沉淀；
故答案為：除去Fe³⁺，A1³⁺；
③加入BaS，硫酸根和鋇離子生成硫酸鋇沉淀，Cu²⁺、Pb²⁺生成硫化銅和硫化鉛沉淀，浸出液中含有加入的氧化鈣生成的鈣離子，再加入NaF溶液生成氟化鈣沉淀除去；
故答案為：Ca²⁺；
（3）從流程看，加入的物質硫酸和碳酸氫銨，故溶液A中含硫酸銨，為常用化肥，故答案為：（NH₄）2SO₄；
（4）由MnO₂粗品中含有少量Mn₃O₄，可以用稀硫酸處理，將其轉化為MnSO₄和MnO₂，可知反應物為Mn₃O₄和稀硫酸，生成物為MnSO₄和MnO₂，反應方程式可寫成：Mn₃O₄+H₂SO₄→MnSO₄+MnO₂，根據(jù)原子守恒，還應有水生成，故可寫出：Mn₃O₄+H₂SO₄→MnSO₄+MnO₂+H₂O，利用化合價法和原子守恒配平方程式得：Mn₃O₄+2H₂SO₄=2MnSO₄+MnO₂+2H₂O，故答案為：Mn₃O₄+2H₂SO₄=2MnSO₄+MnO₂+2H₂O．

點評：本題考查了物質的制備方案的設計，涉及計影響反應速率的因素，沉淀溶解平衡的移動，方程式的書寫，中等難度．要充分利用流程提供的信息，圍繞實驗原理來解答．