Question

高纯碳酸锰广泛应用于电子工业，是制造高性能磁性材料的主要原料．新工艺采用工业冶铜后的废气SO₂进行湿法浸取软锰矿（主要含MnO₂，同时含有少量SiO₂、Fe₂O₃、Al₂O₃）来制备．（已知亚硫酸酸性强于碳酸）
①将过量的SO₂气体通入软锰矿浆中进行“浸锰”操作，并控制温度加热反应；
②向浸锰结束后的滤液中加入MnO₂、同时通入空气，再用Na₂CO₃溶液调节pH为3.7后过滤分离；
③调节滤液pH值为6.5～7.2，然后加入NH₄HCO₃，有浅红色的沉淀生成，过滤洗涤干燥后就可以得到高纯碳酸锰．
工业流程图如下：

已知生成氢氧化物的pH如下表：

物质	Fe（OH）3	Fe（OH）2	Mn（OH）2
开始沉淀pH	2.7	7.6	8.3
完全沉淀pH	3.7	9.6	9.8

请根据题中有关信息回答问题：
（1）“浸锰”后所得混合液中主要存在的金属阳离子有______．
（2）由图可知，副反应MnSO₄+SO₂ MnS₂O₆的△H______0（填＞、＜或=），为减少MnS₂O₆ 的生成，“浸锰”的适宜温度是______．
（3）步骤②中加入MnO₂和通入空气的作用______．
（4）③中控制温度为60～70℃，温度不宜太高的原因是______．
（5）与传统的电解法制MnCO₃工艺相比较，新工艺的优点是______（写两点）．

Answer 1

解：（1）浸锰矿所用试剂为酸，酸和碱性氧化物反应生成盐和水，能和酸反应的氧化物为Fe₂O₃、Al₂O₃和MnO₂，二氧化硫有还原性，能把三价铁离子和二氧化锰含有生成二价铁离子和二价锰离子，所以溶液中含有的阳离子为Mn²⁺、Fe²⁺、Al³⁺，
故答案为：Mn²⁺、Fe²⁺、Al³⁺；
（2）根据图象知，温度越高，MnS₂O₆的生成率越低，所以该反应的正反应是放热反应，焓变小于△H＜0；当温度为 150℃时，MnS₂O₆的生成率为0，故选温度为 150℃．
故答案为：＜；150℃；
（3）二氧化锰有氧化性，二氧化硫有还原性，所以二氧化锰和二氧化硫能发生氧化还原反应，加入MnO₂是为了除去过量的SO₂；空气中含有氧气，二价铁离子不稳定能被空气中的氧气氧化生成三价铁离子，三价铁离子和碳酸钠反应生成沉淀碳酸铁，所以通入空气将Fe²⁺氧化成Fe³⁺便于后来加碳酸钠除去，
故答案为：加入MnO₂是为了除去过量的SO₂；通入空气将Fe²⁺氧化成Fe³⁺便于后来加碳酸钠除去；
（4）温度高时，碳酸氢铵分解生成氨气、水和二氧化碳，所以）③中控制温度为60～70℃，温度不宜太高的原因是防止NH₄HCO₃受热分解，
故答案为：防止NH₄HCO₃受热分解；
（5）二氧化硫有毒，直接排空污染环境，二氧化硫和软锰矿浸出浆反应充分运用了二氧化硫，保护了环境；电解需要电能，浪费资源，新工艺能节约能源，
故答案为：综合利用了尾气SO₂有利于环境保护，同时节约能源．
分析：（1）浸锰矿所用试剂为酸，酸和碱性氧化物反应生成盐和水，根据盐的成分判断溶液中含有的阳离子．
（2）升高温度，平衡向吸热反应方向移动，根据图象判断该反应的类型．
（3）二氧化锰有氧化性能和二氧化硫发生氧化还原反应；空气中的氧气能将二价铁离子氧化生成三价铁离子，从而用碳酸钠除去．
（4）温度较高时，碳酸氢铵能分解．
（5）二氧化硫有毒，直接排空污染环境；电解需要电能，浪费资源．
点评：本题考查了制备实验方案中的有关知识，难度不大，明确二氧化硫和三价铁离子能发生氧化还原反应，二氧化硫和三价铁离子反应生成硫酸根离子和二价铁离子．