Question

【題目】磁性材料產業是21 世紀各國競相發展的高科技支柱產業之一，碳酸錳(MnCO3)可制造電信器材的軟磁鐵氧體。工業上利用軟錳礦(主要成分為 MnO2，含少量SiO2、Fe2O3、CuO 等雜質)和含SO2的煙氣為主要原料制備無水碳酸錳的工藝流程如下：

已知：①MnCO3難溶于水和乙醇，潮濕時易被空氣氧化，100℃ 時開始分解。

②不同金屬離子生成氫氧化物沉淀的 pH 和有關物質的 Ksp 如下表：

離子		Fe3+		Fe2+		Cu2+		Mg2+
開始沉淀的pH		2.7		7.5		4.2		7.8
沉淀完全的pH		3.7		9.7		6.7		9.8
物質	MnS		CaF2		CuS
Ksp	2.5×10-13		1.5×10-10		1.3×10-36

回答下列問題：

(1)為提高“溶浸”過程中的浸取速率，以下方法不能提高浸取速率的是________。

A.將礦石研磨粉碎 B.連續攪拌 C.延長浸取時間 D.升高溫度 E.適當增大稀硫酸的濃度

“溶浸”過程中往往有副產物MnS2O6 生成，溫度對“溶浸”反應的影響如下圖所示， 為減少MnS2O6的生成，“溶浸”的適宜溫度應大于___。

(2)“除鐵”步驟中，在加入石灰調節溶液的pH前，加入適量的軟錳礦，發生反應的離子方程為____。

(3) “凈化”步驟的目的是除去溶液中的Ca2+、Cu2+等雜質。若測得濾液中 c(F-)=0.02molL-1，則濾液中殘留的c(Ca2+) =__。

(4) “沉錳”步驟中 ，加入 NH4HCO3后有無色無味的氣體放出， 發生反應的離子方程式為______。

(5)從“沉錳”步驟中要得到純凈無水MnCO3，先將析出的 MnCO3沉淀過濾，再用_______(填化學式)洗滌更易于干燥。過濾后廢液的主要成分為____(填化學式)。

(6)實際生產中， 運用陰離子交換膜法電解得到金屬錳，電解裝置如下圖所示，B電極為直流電源的_________極。該工藝若不使用離子交換膜， 會造成Mn2+發生副反應生成 MnO2， 寫出該副反應的電極反應式_______。

Answer 1

【答案】C 90℃ MnO2＋2Fe2++4H+＝2Fe3++Mn2++2H2O 3.75×10-7 molL-1 Mn2+ + 2＝ MnCO3 ↓+ CO2↑+ H2O C2H6O (NH4)2SO4 負極 Mn2+＋2H2O-2e-＝MnO2＋4H+

【解析】

“溶浸”時，SiO2不溶于稀硫酸，通過過濾除去，所得溶液含H+、Mn2+、Fe2+、Cu2+、SO42-等離子；

“溶浸”所得溶液通過“除鐵”將Fe3+轉化為Fe(OH)3沉淀，然后過濾除去；

“除鐵”后所得溶液通過“凈化”將Ca2+、Cu2+轉化為CaF2、CuS沉淀，然后過濾除去；

“凈化”所得溶液主要含Mn2+、NH4+、SO42-，通過“沉錳”得到MnCO3，再經過濾、洗滌、烘干獲得無水MnCO3，據此解答。

(1)A．將礦石研磨粉碎，可以增大反應物的接觸面積，從而提高浸取速率，A不滿足題意；

B．連續攪拌可以增大反應物的接觸面積，從而提高浸取速率，B不滿足題意；

C．延長浸取時間不能提高浸取速率，C滿足題意；

D．升高溫度可以加快反應速率，從而提高浸取速率，D不滿足題意；

E．增大反應物的濃度，可以加快反應速率，從而提高浸取速率，E不滿足題意；

由圖可知，溫度高于90℃，副產物MnS2O6的百分率低且隨溫度升高百分率幾乎不再變化，故答案為：C；90℃；

(2)軟錳礦的主要成分為MnO2，具有較強的氧化性，將“溶浸”所得的Fe2+氧化物Fe3+，發生反應的離子方程式為：MnO2＋2Fe2++4H+＝2Fe3++Mn2++2H2O，故答案為：MnO2＋2Fe2++4H+＝2Fe3++Mn2++2H2O；

(3)Ksp(CaF2)=c(Ca2+)×c2(F-)，所以c(Ca2+) =molL-1=3.75×10-7molL-1，故答案為：3.75×10-7molL-1；

(4)“沉錳”時加入NH4HCO3后有無色無味的氣體放出，根據元素守恒可知該氣體為CO2，所以“沉錳”發生反應的離子方程式為Mn2++ 2＝MnCO3↓+ CO2↑+ H2O，故答案為：Mn2++ 2＝MnCO3↓+ CO2↑+ H2O；

(5)MnCO3難溶于水和乙醇，潮濕時易被空氣氧化，且乙醇易揮發，洗滌后更容易干燥，所以應用乙醇洗滌，乙醇化學式為C2H6O，整個流程來看，NH4+、SO42-未除去，所以過濾出MnCO3沉淀后廢液主要成分為(NH4）2SO4，故答案為：C2H6O；(NH4）2SO4；

(6)由圖可知，電解質溶液中的陰離子向左邊電極移動，左邊電極為陽極，A為電源的正極，B為電源的負極，結合電荷守恒可得Mn2+發生副反應的離子方程式為：Mn2+＋2H2O-2e-＝MnO2＋4H+，故答案為：負極；Mn2+＋2H2O-2e-＝MnO2＋4H+。