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【题目】一种利用钢铁厂烟灰(FeMnSiO2,少量的Al2O3CaOMgO)制备MnCO3的工艺流程如下:

已知25℃时,下列难溶物的溶度积常数:

难溶物

CaF2

MgF2

MnCO3

Mn(OH)2

Ksp

4.0×10-11

6.4×10-9

2.2×10-11

1.9×10-13

回答下列问题:

(1)步骤()浸渣的主要成分是______________(填化学式)

(2)步骤()H2O2溶液时反应的离子方程式为________________

加氨水调节pH沉铁铝时,步骤()应调节的pH适宜范围为____________(部分金属离子开始沉淀与沉淀完全的pH范围如下)

金属离子

Fe2+

Fe3+

Al3+

Mn2+

Mg2+

沉淀pH范围

7.69.6

2.7~3.7

3.4~5.2

8.3~9.3

9.611.1

(3)步骤()KF溶液沉钙镁时,要使c(Ca2+)c(Mg2+)均小于1×10-6mol·L-1,则应控制反应液中c(F-)>___________mol·L-1;反应MgF2(s)+Ca2+CaF2(s)+Mg2+的平衡常数K=___________

(4)步骤Ⅴ沉锰时,在60℃按投料比n[(NH4)2CO3]/n(Mn2+)=2,溶液的pHMnCO3产率的影响如图所示;pH=7,按投料比n[(NH4)2CO3]/n(Mn2+)=2,反应温度对MnCO3产率的影响如图所示。

①上图中,在pH<7.0时,pH越小产率____________(越高越低;在pH>7.0时,pH越大产率越低且纯度也降低,其原因是___________________

②上图中,温度高于60℃时,温度越高产率越低且纯度也越低,主要原因是______________

【答案】SiO2 2Fe2++H2O2+2H+-2Fe3++2H2O 5.2~8.3 0.08 160 越低 部分MnCO3转化为溶解度更小的Mn(OH)2 温度越高MnCO3水解程度越大[或温度升高,(NH4)2CO3MnCO3也会热分解]

【解析】

由流程图可知,向钢铁厂烟灰中加入浓硫酸并加热,烟灰中FeMnAl2O3CaOMgO溶解,酸性氧化物SiO2不溶解,过滤得到浸液和浸渣;向浸液中加入双氧水溶液,将亚铁离子氧化为铁离子,加入氨水调节溶液pH,铁离子和铝离子转化为氢氧化铁和氢氧化铝沉淀,加入氟化钾溶液,将钙离子和镁离子转化为氟化钙和氟化镁沉淀,过滤得到含锰离子的滤液和滤渣;向含锰离子的滤液中加入碳酸铵溶液,锰离子转化为碳酸锰沉淀,过滤、洗涤、干燥得到碳酸锰产品。

1)步骤()浸渣的主要成分是不与浓硫酸反应的酸性氧化物二氧化硅,故答案为:SiO2

2)步骤()H2O2溶液时,双氧水将溶液中的亚铁离子氧化为铁离子,反应的离子方程式为2Fe2++H2O2+2H+-2Fe3++2H2O;加入氨水的目的是调节溶液pH,使溶液中铁离子和铝离子转化为氢氧化铁和氢氧化铝沉淀而除去,而锰离子不能沉淀,由题给表格数据可知,应调节的pH适宜范围为5.2~8.3,故答案为:2Fe2++H2O2+2H+-2Fe3++2H2O5.2~8.3

3)用KF溶液沉钙镁时,溶解度小的CaF2沉淀先生成,MgF2沉淀后生成,则c(Mg2+)小于1×10-6mol·L-1时,溶液中c(F-)>mol/L;反应MgF2(s)+Ca2+CaF2(s)+Mg2+的平衡常数K==160,故答案为:0.08;160;

(4) ①由图可知,在60℃按投料比n[(NH4)2CO3]/n(Mn2+)=2时,在pH<7.0时,pH越小MnCO3产率越小;由表格所给溶度积可知,pH>7.0时,溶液碱性增强, MnCO3部分会转化为溶解度更小的Mn(OH)2,导致产率和纯度降低,故答案为:越低;部分MnCO3转化为溶解度更小的Mn(OH)2

②由图可知,60℃时,MnCO3产率最大,温度高于60℃时,温度升高MnCO3水解程度越大,(NH4)2CO3MnCO3也会热分解,导致产率和纯度降低,故答案为:温度越高MnCO3水解程度越大[或温度升高,(NH4)2CO3MnCO3也会热分解]

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_____

___

___

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