Question

【題目】用生產鈦白的副產品FeSO4與軟錳礦(主要成分是MnO2)可制備高純MnO2。

(1)步驟①中研磨的目的是_________。

(2)步驟②中主要發生的反應是FeSO4與MnO2轉化為MnSO4與_________。

(3)步驟②中Mn2+浸出率受初始H2SO4濃度與溫度的影響如下圖所示。

軟錳礦粉酸浸的適宜條件是__________。

(4)步驟②中，若硫酸初始濃度小于1.8mol/L，反應進行一段時間后，有紅褐色固體析出，其原因是____________。

(5)已知MnSO4粗液中還含有Al3+、Fe3+和Ni2+離子，溶液中離子生成氫氧化物的pH如下表：

	Al(OH)3	Fe(OH)3	Ni(OH)2	Mn(OH)2
開始沉淀時pH	3.4	1.5	6.9	8.2
完全沉淀時pH	4.7	2.8	8.9	10.2

注：金屬離子的起始濃度為0.1mol/L

步驟③進行的操作是：調節pH=5.4，過濾，濾渣中含_____。

(6)已知：幾種難溶物的溶解平衡常數K

化學式	MnCO3	NiCO3	MnS	NiS
K	2.24×10-11	1.42×10-7	4.65×10-14	1.07×10-21

步驟③還需加入的除雜試劑是_______固體(填序號)。

a.Na2CO3 b.MnCO3 c.Na2S d.MnS

(7)步驟⑤中焙燒MnCO3制MnO2，發生反應的化學方程式是______。固體產物除MnO2外，還可能存在______。

Answer 1

【答案】增大反應面積，加快化學反應速率 Fe2(SO4)3 c(H2SO4)=2.1mol/L，t=70℃ 隨著反應進行，pH變大，Fe3+水解生成Fe(OH)3 Al(OH)3，Fe(OH)3 d 2MnCO3+O22MnO2+2CO2 MnO

【解析】

(1)軟錳礦是固態物質，步驟①中將其研磨目的是增大反應面積，加快化學反應速率；

(2)步驟②中FeSO4與MnO2與硫酸混合加熱，發生氧化還原反應，產生MnSO4與Fe2(SO4)3和水，反應的化學方程式是：2FeSO4+MnO2+2H2SO4= MnSO4+Fe2(SO4)3+2H2O，所以轉化產生的另一種主要物質是Fe2(SO4)3；

(3)步驟②中根據Mn2+浸出率與初始H2SO4濃度的關系可知在硫酸濃度接近2.1mol/L時達到最大值，根據Mn2+浸出率與溫度的關系可知：在溫度為70℃達到最大值，故選擇的條件是硫酸的濃度為2.1mol/L，t=70℃；

(4)步驟②中，若硫酸初始濃度小于1.8mol/L，反應進行一段時間后，隨著反應進行，溶液的酸性減弱，pH變大，反應產生的Fe3+發生水解反應，生成Fe(OH)3膠體，當聚集到一定程度，就形成Fe(OH)3沉淀析出；

(5)根據溶液的pH與不同氫氧化物沉淀的關系可知，在pH=5.4，過濾，濾渣中含有Al(OH)3，Fe(OH)3；

(6)在MnSO4粗液中還含有Al3+、Fe3+和Ni2+離子，調整溶液的pH至5.4時，Al3+、Fe3+形成Al(OH)3，Fe(OH)3沉淀析出，溶液中還含有雜質Ni2+離子，要除去雜質，同時不引入新的雜質離子，根據NiCO3、NiS的溶度積常數可知要加入的物質是MnS，通過沉淀的轉化達到除雜的目的，故合理選項是d；

(7) 步驟⑤中焙燒MnCO3制MnO2，MnCO3、O2在高溫下反應，產生MnO2，同時方處于CO2氣體，發生反應的化學方程式是2MnCO3+O22MnO2+2CO2；若與空氣接觸不充分，則只發生分解反應：MnCO3MnO+CO2↑；所以得到的固態物質中除含有MnO2外，可能還含有MnO。