Question

碳酸錳(MnCO₃)是理想的高性能強磁性材料，也是制備Mn₂O₃、MnO₂等錳的氧化物的重要原料，廣泛用于電子、化工、醫藥等行業．一種制備MnCO₃的生產流程如下圖所示．

已知生成氫氧化物的pH和有關硫化物的Ksp如下表：

軟錳礦主要成分為MnO₂，其中含有鐵、鋁、硅的氧化物和少量重金屬化合物雜質，SO₂來自工業廢氣．流程①中主要發生的反應有：MnO₂＋SO₂MnSO₄，2Fe³⁺＋SO₂＋2H₂O2Fe²⁺＋SO₄^2－＋4H⁺．

(1)流程①中所得MnSO₄溶液的pH比軟錳礦漿的pH________(填“大”或“小”)，該流程可與________(填工業生產名稱)聯合，生產效益更高．

(2)反應②的目的是將溶液中的Fe²⁺氧化成Fe³⁺，其離子反應方程式為________

________，這樣設計的目的和原理是________．

(3)反應②所得的含有MnSO₄溶液中，c(Mn²⁺)＝10^－6 mol/L，c(Cu²⁺)＝10^－10 mol/L，c(Pb²⁺)＝10^－10 mol/L，在反應③中加入的Na₂S溶液的物質的量濃度的取值范圍為________，反應③中碳酸鈣的作用是________．

(4)反應④發生的化學反應為：MnSO₄＋2NH₄HCO₃MnCO₃↓＋(NH₄)₂SO₄＋CO₂↑＋H₂O．反應中通常需加入稍過量的NH₄HCO₃，且控制溶液的pH為6.8～7.4．加入稍過量的NH₄HCO₃的目的是________，溶液的pH不能過低的原因是________．

(5)軟錳礦中錳的浸出有兩種工藝：

工藝A：軟錳礦漿與含SO₂的工業廢氣反應；工藝B：軟錳礦與煤碳粉混合，焙燒后加稀硫酸溶解．其中工藝A的優點是________．(答對1個即可)

Answer 1

答案：
解析：

　　答案：(1)小　工業制備硫酸

　　(2)MnO₂＋2Fe²⁺＋4H⁺Mn²⁺＋2Fe³⁺＋2H₂O　目的是使Fe²⁺轉變為Fe³⁺，原理是Fe³⁺完全沉淀的pH較低(或Fe³⁺更易沉淀)

　　(3)8.0×10^－10 mol/L＜c(Na₂S)＜2.5×10^－7 mol/L　與溶液中的酸反應，使溶液中的Fe³⁺、Al³⁺轉化為氫氧化物沉淀

　　(4)使MnCO₃沉淀完全　MnCO₃沉淀量少，NH₄HCO₃與酸反應(或MnCO₃、NH₄HCO₃與酸反應溶解)

　　(5)節約能源、治理含SO₂的工業廢氣等

　　講析：(1)根據流程①中主要發生的反應可知，在形成的MnSO₄溶液中含有H₂SO₄，所以所得的MnSO₄溶液的pH比軟錳礦漿的pH�。�SO₂主要來源于工業廢氣，而硫酸工業中產生的SO₂廢氣最多、最集中，所以與工業制備硫酸相聯合，能變廢為寶，生產效益更高．

　　(2)在酸性環境中，MnO₂具有強氧化性，能將Fe²⁺氧化為Fe³⁺，自身被還原為Mn²⁺，同時生成H₂O，其反應的離子方程式為：MnO₂＋2Fe²⁺＋4H⁺Mn²⁺＋2Fe³⁺＋2H₂O．根據表中提供的信息，Fe²⁺、Mn²⁺與OH^－反應生成Fe(OH)₂、Mn(OH)₂沉淀時，溶液的pH相差不大，不利于Mn²⁺的分離，但將Fe²⁺氧化為Fe³⁺時，生成Fe(OH)₃沉淀與生成Mn(OH)₂沉淀，二者溶液的pH相差大，有利于Mn²⁺的分離，將溶液的pH調控到3.7，Fe³⁺已經完全轉化為Fe(OH)₃沉淀，然后過濾即實現MnSO₄與Fe(OH)₃分離．

　　(3)根據幾種硫化物的K_sp值，加入一定濃度的Na₂S時，能將溶液中Cu²⁺、Pb²⁺沉淀，而Mn²⁺不沉淀，根據MnS的K_sp＝c(Mn²⁺)·c(S^2－)，當Mn²⁺生成沉淀時，c(Na₂S)＝c(S^2－)＝＝2.5×10^－7 mol/L．同理可計算出當溶液中Pb²⁺沉淀時，c(Na₂S)＝8.0×10^－18 mol/L，此時溶液中的Cu²⁺已經沉淀完全，故8.0×10^－10 mol/L＜c(Na₂S)＜2.5×10^－7 mol/L．含有MnSO₄的溶液是酸性溶液，在酸性溶液中，Fe³⁺、Al³⁺不能與Mn²⁺分離，加入CaCO₃固體，CaCO₃與酸反應，使溶液中的Fe³⁺、Al³⁺轉化為氫氧化物沉淀而與Mn²⁺分離．

　　(4)加入稍過量的NH₄HCO₃有利于MnSO₄完全轉化為MnCO₃沉淀，因MnCO₃能與H＋反應導致MnCO₃沉淀減少，降低了產率，同時NH₄HCO₃也能與H⁺反應，不利于MnSO₄沉淀，且浪費試劑．

　　(5)根據A、B工業特點即可分析出工藝A的優點．

　　點評：本題以化學實驗基礎知識為平臺，通過題述信息來考查學生的閱讀能力和材料分析能力，體現了學以致用的高考命題思想．本題易錯點一是閱讀不仔細，如忽視溶液pH與K_sp的關系，導致分析判斷錯誤；二是分析A與B工業的優劣時，不能通過對比分析，從原料利用、環保等方面入手．