Question

高純碳酸錳廣泛應用于電子工業，是制造高性能磁性材料的主要原料．新工藝采用工業冶銅后的廢氣SO₂進行濕法浸取軟錳礦（主要含MnO₂，同時含有少量SiO₂、Fe₂O₃、Al₂O₃）來制備．（已知亞硫酸酸性強于碳酸）
①將過量的SO₂氣體通入軟錳礦漿中進行“浸錳”操作，并控制溫度加熱反應；
②向浸錳結束后的濾液中加入MnO₂、同時通入空氣，再用Na₂CO₃溶液調節pH為3.7后過濾分離；
③調節濾液pH值為6.5～7.2，然后加入NH₄HCO₃，有淺紅色的沉淀生成，過濾洗滌干燥后就可以得到高純碳酸錳．
工業流程圖如下：

已知生成氫氧化物的pH如下表：

物質	Fe（OH）3	Fe（OH）2	Mn（OH）2
開始沉淀pH	2.7	7.6	8.3
完全沉淀pH	3.7	9.6	9.8

請根據題中有關信息回答問題：
（1）“浸錳”后所得混合液中主要存在的金屬陽離子有______．
（2）由圖可知，副反應MnSO₄+SO₂ MnS₂O₆的△H______0（填＞、＜或=），為減少MnS₂O₆ 的生成，“浸錳”的適宜溫度是______．
（3）步驟②中加入MnO₂和通入空氣的作用______．
（4）③中控制溫度為60～70℃，溫度不宜太高的原因是______．
（5）與傳統的電解法制MnCO₃工藝相比較，新工藝的優點是______（寫兩點）．

Answer 1

【答案】分析：（1）浸錳礦所用試劑為酸，酸和堿性氧化物反應生成鹽和水，根據鹽的成分判斷溶液中含有的陽離子．
（2）升高溫度，平衡向吸熱反應方向移動，根據圖象判斷該反應的類型．
（3）二氧化錳有氧化性能和二氧化硫發生氧化還原反應；空氣中的氧氣能將二價鐵離子氧化生成三價鐵離子，從而用碳酸鈉除去．
（4）溫度較高時，碳酸氫銨能分解．
（5）二氧化硫有毒，直接排空污染環境；電解需要電能，浪費資源．
解答：解：（1）浸錳礦所用試劑為酸，酸和堿性氧化物反應生成鹽和水，能和酸反應的氧化物為Fe₂O₃、Al₂O₃和MnO₂，二氧化硫有還原性，能把三價鐵離子和二氧化錳含有生成二價鐵離子和二價錳離子，所以溶液中含有的陽離子為Mn²⁺、Fe²⁺、Al³⁺，
故答案為：Mn²⁺、Fe²⁺、Al³⁺； 
（2）根據圖象知，溫度越高，MnS₂O₆的生成率越低，所以該反應的正反應是放熱反應，焓變小于△H＜0；當溫度為 150℃時，MnS₂O₆的生成率為0，故選溫度為 150℃．
故答案為：＜；150℃；
（3）二氧化錳有氧化性，二氧化硫有還原性，所以二氧化錳和二氧化硫能發生氧化還原反應，加入MnO₂是為了除去過量的SO₂；空氣中含有氧氣，二價鐵離子不穩定能被空氣中的氧氣氧化生成三價鐵離子，三價鐵離子和碳酸鈉反應生成沉淀碳酸鐵，所以通入空氣將Fe²⁺氧化成Fe³⁺便于后來加碳酸鈉除去，
故答案為：加入MnO₂是為了除去過量的SO₂；通入空氣將Fe²⁺氧化成Fe³⁺便于后來加碳酸鈉除去；
（4）溫度高時，碳酸氫銨分解生成氨氣、水和二氧化碳，所以）③中控制溫度為60～70℃，溫度不宜太高的原因是防止NH₄HCO₃受熱分解，
故答案為：防止NH₄HCO₃受熱分解；
（5）二氧化硫有毒，直接排空污染環境，二氧化硫和軟錳礦浸出漿反應充分運用了二氧化硫，保護了環境；電解需要電能，浪費資源，新工藝能節約能源，
故答案為：綜合利用了尾氣SO₂有利于環境保護，同時節約能源．
點評：本題考查了制備實驗方案中的有關知識，難度不大，明確二氧化硫和三價鐵離子能發生氧化還原反應，二氧化硫和三價鐵離子反應生成硫酸根離子和二價鐵離子．