Question

（16分）工業上可用軟錳礦（主要成分是MnO₂）和黃鐵礦（主要成分是FeS₂）為主要原料制備高性能磁性材料碳酸錳（MnCO₃）。其工業流程如下：

回答下列問題：
（1）為了提高溶浸工序中原料的浸出率，可以采取的措施有（寫一條）          。
（2）除鐵工序中，在加入石灰調節溶液的pH前，加入適量的軟錳礦，其作用是：
                                                                                         。
（3）凈化工序的目的是除去溶液中的Cu²⁺、Ca²⁺等雜質。若測得濾液中c(F^-)="0.01" mol?L^-1，濾液中殘留的c(Ca²⁺)=              〔已知：K_sp(CaF₂)=1.46×10^-10〕，
（4）沉錳工序中，298K、c(Mn²⁺)為1.05 mol?L^-1時，實驗測得MnCO₃的產率與溶液pH、反應時間的關系如圖所示。根據圖中信息得出的結論是                                            。

（5）沉錳工序中有CO₂生成，則生成MnCO₃的離子方程式是                                       。
（6）從沉錳工序中得到純凈MnCO₃的操作方法是                                               。
副產品A的化學式是                。

Answer 1

32．（16分） （1）攪拌、適當升高溫度、研磨礦石、適當提高稀硫酸的濃度（答一條，2分）
（2）使殘余的Fe²⁺轉化為Fe³⁺（2分）
（3）1.46×10^-6 mol?L^-1 （2分）
（4）pH等于7.0時反應速率最快，且MnCO₃的產率最高（2分）
（5）Mn²⁺+2HCO₃^- =  MnCO₃↓+CO₂↑+H₂O（3分）
（6）過濾、洗滌、干燥。（3分）     (NH₄)₂SO₄（2分）

試題分析： （1）提高浸取率的措施可以是攪拌、適當升高溫度、研磨礦石、適當增大酸的濃度等，任選一條。
（2）主要成分是FeS₂ 的黃鐵礦在酸浸過程中產生亞鐵離子，因此流程第二步除鐵環節的鐵應該轉化鐵離子才能更好除去，所以需要加入氧化劑軟錳礦把Fe2+氧化為Fe3+，在加入石灰調節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⁺ 雜質，因此除去溶液中的Cu²⁺、Ca²⁺等雜質可分別使用(NH₄)₂S和NH₄F，生成CuS、CaF沉淀除去。根據已知氟化鈣的溶度積和c(F^-)，可求c(Ca²⁺)= K_sp(CaF₂)/ c²(F^-)=1.46×10^-6 mol?L^-1 。
（4）從沉錳的圖像可以看出，在已給的幾個pH值條件下，pH越大得到的MnCO₃的產率越高，且需要的時間越短，且在pH=7時，有更好的效果，因此結論是pH等于7.0時反應速率最快，且MnCO₃的產率最高。
（5）沉錳工序的溶液中有Mn²⁺，加入碳酸氫銨，Mn²⁺會與HCO₃^-電離產生的CO₃^2-結合成難溶的沉淀MnCO₃ ，從而促進HCO^3-進一步電離產生H+，一部分HCO₃^-又與電離得到的H⁺反應生成氣體CO₂，因此整個反應可以表達成Mn²⁺+2HCO₃^- =  MnCO₃↓+CO₂↑+H₂O。
（6）從沉錳工序中得到純凈MnCO₃，只需將沉淀析出的MnCO₃ 過濾、洗滌、干燥即可。得到的濾液中還有大量的銨根離子和硫酸根離子沒有反應，因此可以制的副產品  (NH₄)₂SO₄ 。