Question

（16分）工业上可用软锰矿（主要成分是MnO₂）和黄铁矿（主要成分是FeS₂）为主要原料制备高性能磁性材料碳酸锰（MnCO₃）。其工业流程如下：

回答下列问题：
（1）为了提高溶浸工序中原料的浸出率，可以采取的措施有（写一条）          。
（2）除铁工序中，在加入石灰调节溶液的pH前，加入适量的软锰矿，其作用是：
                                                                                         。
（3）净化工序的目的是除去溶液中的Cu²⁺、Ca²⁺等杂质。若测得滤液中c(F^-)="0.01" mol?L^-1，滤液中残留的c(Ca²⁺)=              〔已知：K_sp(CaF₂)=1.46×10^-10〕，
（4）沉锰工序中，298K、c(Mn²⁺)为1.05 mol?L^-1时，实验测得MnCO₃的产率与溶液pH、反应时间的关系如图所示。根据图中信息得出的结论是                                            。

（5）沉锰工序中有CO₂生成，则生成MnCO₃的离子方程式是                                       。
（6）从沉锰工序中得到纯净MnCO₃的操作方法是                                               。
副产品A的化学式是                。

Answer 1

32．（16分） （1）搅拌、适当升高温度、研磨矿石、适当提高稀硫酸的浓度（答一条，2分）
（2）使残余的Fe²⁺转化为Fe³⁺（2分）
（3）1.46×10^-6 mol?L^-1 （2分）
（4）pH等于7.0时反应速率最快，且MnCO₃的产率最高（2分）
（5）Mn²⁺+2HCO₃^- =  MnCO₃↓+CO₂↑+H₂O（3分）
（6）过滤、洗涤、干燥。（3分）     (NH₄)₂SO₄（2分）

试题分析： （1）提高浸取率的措施可以是搅拌、适当升高温度、研磨矿石、适当增大酸的浓度等，任选一条。
（2）主要成分是FeS₂ 的黄铁矿在酸浸过程中产生亚铁离子，因此流程第二步除铁环节的铁应该转化铁离子才能更好除去，所以需要加入氧化剂软锰矿把Fe2+氧化为Fe3+，在加入石灰调节pH值使Fe3+完全沉淀。
（3）由于流程第二步加入了石灰引入了Ca²⁺ 杂质，因此除去溶液中的Cu²⁺、Ca²⁺等杂质可分别使用(NH₄)₂S和NH₄F，生成CuS、CaF沉淀除去。根据已知氟化钙的溶度积和c(F^-)，可求c(Ca²⁺)= K_sp(CaF₂)/ c²(F^-)=1.46×10^-6 mol?L^-1 。
（4）从沉锰的图像可以看出，在已给的几个pH值条件下，pH越大得到的MnCO₃的产率越高，且需要的时间越短，且在pH=7时，有更好的效果，因此结论是pH等于7.0时反应速率最快，且MnCO₃的产率最高。
（5）沉锰工序的溶液中有Mn²⁺，加入碳酸氢铵，Mn²⁺会与HCO₃^-电离产生的CO₃^2-结合成难溶的沉淀MnCO₃ ，从而促进HCO^3-进一步电离产生H+，一部分HCO₃^-又与电离得到的H⁺反应生成气体CO₂，因此整个反应可以表达成Mn²⁺+2HCO₃^- =  MnCO₃↓+CO₂↑+H₂O。
（6）从沉锰工序中得到纯净MnCO₃，只需将沉淀析出的MnCO₃ 过滤、洗涤、干燥即可。得到的滤液中还有大量的铵根离子和硫酸根离子没有反应，因此可以制的副产品  (NH₄)₂SO₄ 。