Question

16．以某菱锰矿（含MnCO₃、SiO₂、FeCO₃和少量Al₂O₃等）为原料通过以下方法可获得碳酸锰粗产品：

（1）“酸浸”时加快反应速率的方法除了增加硫酸的浓度和加热外，还有将矿石粉碎（或搅拌等）．（写出一种）
（2）在加NaOH调节溶液的pH时约为5，如果pH过大，可能导致滤渣1中Al（OH）₃、SiO₂
（填化学式）的含量减少．
（3）取“沉锰”前溶液a mL于锥形瓶中，加入少量AgNO₃溶液（作催化剂）和过量的1.5%（NH₄）2S₂O₈（过二硫酸氨）溶液，加热，Mn²⁺被氧化为MnO₄^-，反应一段时间后再煮沸5min[除去过量的（NH₄）₂S₂O₈]，冷却至室温．选用适宜的指示剂，用b mol•L^-1的（NH₄）2Fe（SO₄）₂标准溶液滴定至终点，平均消耗（NH₄）₂Fe（SO₄）₂标准溶液的体积为V mL．
①Mn²⁺与（NH₄）₂S₂O₈反应的离子方程式为2Mn²⁺+5S₂O₈^2-+8H₂O$\frac{\underline{\;Ag+\;}}{\;}$2MnO₄^-+10SO₄^2-+16H⁺．
②用含a、b、V的代数式表示“沉锰”前溶液中c（Mn²⁺）=$\frac{bV}{5a}$mol•L^-1．
（4）①写出“沉锰”时的离子方程式：Mn²⁺+2HCO₃^-=MnCO₃↓+CO₂↑+H₂O．
②在其他条件相同时，NH₄HCO₃的初始浓度越大，锰元素回收率越高，请从沉淀溶解平衡的角度解释其原因c（NH₄HCO₃）越大，c（CO₃^2-）越大，使平衡MnCO₃（s）?CO₃^2-（aq）+Mn²⁺（aq）向逆反应方向移动，析出的MnCO₃越多，则锰元素回收率越高．

Answer 1

分析 菱锰矿（含MnCO₃、SiO₂、FeCO₃和少量Al₂O₃等）用稀硫酸溶解，MnCO₃、FeCO₃、Al₂O₃都和稀硫酸反应生成硫酸盐，SiO₂不反应，酸性条件下，加入MnO₂将Fe²⁺氧化为Fe³⁺，MnO₂还原生成Mn²⁺，调节溶液的pH，使Fe³⁺、Al³⁺完全转化为Fe（OH）₃、Al（OH）₃沉淀，过滤分离，滤渣1为SiO₂、Al（OH）₃、Fe（OH）₃，滤液中存在 MnSO₄、硫酸钠等，加入碳酸氢铵得到MnCO₃，反应为：Mn²⁺+2HCO₃^-=MnCO₃↓+CO₂↑+H₂O，过滤分离，滤液2中含有硫酸铵、硫酸钠等，据此分析作答．

解答 解：（1）增加硫酸的浓度、加热将矿石粉碎（或搅拌等）可加快酸浸的反应速率；
故答案为：将矿石粉碎（或搅拌等）；
（2）在加NaOH调节溶液的pH目的是使Fe³⁺、Al³⁺完全转化为Fe（OH）₃、Al（OH）₃沉淀，若pH过大，SiO₂、Al（OH）₃会溶解与氢氧化钠生成硅酸钠、偏铝酸钠，导致滤渣1中Al（OH）₃、SiO₂减少；
故答案为：Al（OH）₃、SiO₂；
（3）①Mn²⁺被氧化为MnO₄^-，（NH₄）₂S₂O₈中S元素还原为SO₄^2-，离子方程式为：2Mn²⁺+5S₂O₈^2-+8H₂O$\frac{\underline{\;Ag+\;}}{\;}$2MnO₄^-+10SO₄^2-+16H⁺；
故答案为：2Mn²⁺+5S₂O₈^2-+8H₂O$\frac{\underline{\;Ag+\;}}{\;}$2MnO₄^-+10SO₄^2-+16H⁺；
②由Mn元素守恒、电子转移守恒，可得关系式：Mn²⁺～MnO₄^-～5Fe²⁺，则n（Mn²⁺）=$\frac{1}{5}$n（Fe²⁺），所以c（Mn²⁺）=$\frac{\frac{1}{5}×V×1{0}^{-3}L×bmol/L}{a×1{0}^{-3}L}$=$\frac{bV}{5a}$mol/L；
故答案为：$\frac{bV}{5a}$mol•L^-1；
（4）①滤液中存在 MnSO₄、硫酸钠等，加入碳酸氢铵得到MnCO₃，反应为：Mn²⁺+2HCO₃^-=MnCO₃↓+CO₂↑+H₂O；
故答案为：Mn²⁺+2HCO₃^-=MnCO₃↓+CO₂↑+H₂O；
②在其他条件相同时，c（NH₄HCO₃）越大，c（CO₃^2-）越大，使平衡MnCO₃（s）?CO₃^2-（aq）+Mn²⁺（aq）向逆反应方向移动，析出的MnCO₃越多，则锰元素回收率越高；
故答案为：c（NH₄HCO₃）越大，c（CO₃^2-）越大，使平衡MnCO₃（s）?CO₃^2-（aq）+Mn²⁺（aq）向逆反应方向移动，析出的MnCO₃越多，则锰元素回收率越高．

点评 本题考查物质制备工艺流程，涉及混合物的分离和提纯、氧化还原反应滴定、信息获取与迁移运用等，侧重考查学生对知识的综合运用能力，需要学生具备扎实的基础，题目难度中等．