Question

8．用软锰矿（主要成分为MnO₂）生产高锰酸钾产生的锰泥中，还含有18%的MnO₂、3%的KOH（均为质量分数），及少量Cu、Pb的化合物等，用锰泥可回收制取MnCO₃，过程如图17：

（1）锰泥中加入H₂SO₄、FeSO₄混合溶液，反应的离子方程式是MnO₂+2Fe²⁺+4H⁺=Mn²⁺+2Fe³⁺+2H₂O．
（2）经实验证明：MnO₂稍过量时，起始H₂SO₄、FeSO₄混合溶液中$\frac{c（{H}^{+}）}{c（F{e}^{2+}）}$＜0.7时，滤液1中能够检验出有Fe²⁺；$\frac{c（{H}^{+}）}{c（F{e}^{2+}）}$≥0.7时，滤液1中不能检验出有Fe²⁺．
①检验Fe²⁺是否氧化完全的实验操作是取少量滤液1，加入铁氰化钾溶液，若无蓝色沉淀生成，证明Fe²⁺被氧化完全．
②生产时H₂SO₄、FeSO₄混合溶液中c（H⁺）/c（Fe²⁺）控制在0.7～1之间，不宜过大，请从节约药品的角度分析，原因是$\frac{c（{H}^{+}）}{c（F{e}^{2+}）}$过大，在调节pH环节会多消耗氨水．若$\frac{c（{H}^{+}）}{c（F{e}^{2+}）}$＞1，调节$\frac{c（{H}^{+}）}{c（F{e}^{2+}）}$到0.7～1的方法是向混合溶液中加适量铁粉．
（3）写出滤液2中加入过量NH₄HCO₃反应的离子方程式Mn²⁺+2HCO₃^-=MnCO₃↓+CO₂↑+H₂O．
（4）上述过程锰回收率可达95%，若处理1740kg的锰泥，可生产MnCO₃393.3kg（已知相对分子质量：MnO₂ 87；MnCO₃ 115）．

Answer 1

分析 H₂SO₄、FeSO₄混合溶液与锰泥中的二氧化锰发生氧化还原反应，将亚铁氧化为三价铁，然后过滤滤去未反应掉的二氧化锰和不溶的杂质，向滤液中氨水来调节溶液的PH值，并用硫化钠来沉淀铜离子和铅离子，然后过滤滤去生成的沉淀，最后向滤液中加入过量的碳酸氢铵生成碳酸锰，
（1）锰泥中加入H₂SO₄、FeSO₄混合溶液，是二氧化锰和亚铁离子发生氧化还原反应，生成铁离子，二氧化锰酸性条件下被还原；
（2）①检验Fe²⁺的存在加入铁氰化钾溶液，观察溶液是否变蓝；
②生产时H₂SO₄、FeSO₄混合溶液中$\frac{c（{H}^{+}）}{c（F{e}^{2+}）}$控制在0.7～1之间，不宜过大，如果比值越大说明硫酸的含量越高，后面用氨水调节PH时消耗的氨水的量多，造成原料的浪费；若$\frac{c（{H}^{+}）}{c（F{e}^{2+}）}$＞1，调节$\frac{c（{H}^{+}）}{c（F{e}^{2+}）}$到0.7～1的方法是减小氢离子而增加亚铁离子的浓度，所以最好加入铁与氢离子发生氧化反应，生成氢气从而消耗氢离子，而生成亚铁离子；
（3）滤液2中的锰离子与NH₄HCO₃反应生成碳酸锰和二氧化碳与水；
（4）锰泥中含18%的MnO₂，程锰回收率可达95%，根据关系式MnO₂～～MnCO₃，进行算计．

解答 解：（1）锰泥中加入H₂SO₄、FeSO₄混合溶液，是二氧化锰和亚铁离子发生氧化还原反应，生成铁离子，二氧化锰酸性条件下被还原，所以方程式为：MnO₂+2Fe²⁺+4H⁺=Mn²⁺+2Fe³⁺+2H₂O，故答案为：MnO₂+2Fe²⁺+4H⁺=Mn²⁺+2Fe³⁺+2H₂O；
（2）①检验Fe²⁺的存在加入铁氰化钾溶液，观察溶液是否变蓝，故答案为：取少量滤液1，加入铁氰化钾溶液，若无蓝色沉淀生成，证明Fe²⁺被氧化完全；
②生产时H₂SO₄、FeSO₄混合溶液中$\frac{c（{H}^{+}）}{c（F{e}^{2+}）}$控制在0.7～1之间，不宜过大，如果比值越大说明硫酸的含量越高，后面用氨水调节PH时消耗的氨水的量多，造成原料的浪费；若$\frac{c（{H}^{+}）}{c（F{e}^{2+}）}$＞1，调节$\frac{c（{H}^{+}）}{c（F{e}^{2+}）}$到0.7～1的方法是减小氢离子而增加亚铁离子的浓度，所以最好加入铁与氢离子发生氧化反应，生成氢气从而消耗氢离子，而生成亚铁离子；故答案为：$\frac{c（{H}^{+}）}{c（F{e}^{2+}）}$过大，在调节pH环节会多消耗氨水；向混合溶液中加适量铁粉；
（3）滤液2中的锰离子与NH₄HCO₃反应生成碳酸锰和二氧化碳与水，所以离子方程式为：Mn²⁺+2HCO₃^-=MnCO₃↓+CO₂↑+H₂O，故答案为：Mn²⁺+2HCO₃^-=MnCO₃↓+CO₂↑+H₂O；
（4）锰泥中含18%的MnO₂，程锰回收率可达95%，根据关系式
MnO₂～～～～～～～～MnCO₃，
87                  115
1740kg×18%×95%    m
$\frac{87}{1740kg×18%×95%}=\frac{115}{m}$，
解之得m=393.3kg，故答案为：393.3．

点评 本题考查学生对元素及其化合物的主要性质的掌握、书写化学反应方程式、阅读题目获取新信息能力、对工艺流程的理解等，难度中等，需要学生具备扎实的基础与综合运用知识、信息分析解决问题能力．