Question

11．錳的用途非常廣泛，以碳酸錳礦（主要成分為MnCO₃，還含有鐵、鎳、鈷等碳酸鹽雜質）為原料生產金屬錳的工藝流程如下：

已知25℃，部分物質的溶度積常數如表：

物質	Mn（OH）2	Co（OH）2	Ni（OH）2	MnS	CoS	NiS
Ksp	2.1×10-13	3.0×10-16	5.0×10-16	1.0×10-11	5.0×10-22	1.0×10-22

（1）步驟Ⅰ中，為加快溶浸速率，可采取的措施是：升高溫度、適當增大硫酸濃度、減小礦粉顆粒直徑．（至少答兩條）
（2）則濾渣1的主要成分為Fe（OH）₃（填化學式）．已知MnO₂的作用為氧化劑，則得到該成分所涉及的離子方程式為2Fe²⁺+MnO₂+4H⁺=2Fe³⁺+Mn²⁺+2H₂O；Fe³⁺+3NH₃﹒H₂O=Fe（OH）₃↓+3NH₄⁺．
（3）步驟Ⅲ中，所加（NH₄）₂S的濃度不宜過大的原因是若（NH₄）₂S的濃度過大，產生MnS沉淀，造成產品損失．
（4）濾液2中，c（Co²⁺）：c（Ni²⁺）=5：1．
（5）將質量為a kg的碳酸錳礦經上述流程處理后得到單質Mn b kg．若每一步都進行完全，濾渣1為純凈物，質量為c kg，則原碳酸錳礦中MnCO₃的質量分數為$\frac{（b-\frac{c}{107}×\frac{1}{2}×55）×\frac{115}{55}}{a}$×100%．（用含a、b、c的式子表達，無需化簡）

Answer 1

分析 向碳酸錳礦（主要成分為MnCO₃，還含有鐵、鎳、鈷等碳酸鹽雜質）中加入硫酸，可以發生反應生成硫酸鹽，向其中就如具有氧化性的二氧化錳，可以將亞鐵離子氧化為鐵離子，調節pH可以將氫氧化鐵沉淀下來，向濾液中加入硫化銨，可以將鎳離子、鈷離子形成硫化物沉淀下來，最后對得到的含有錳離子的鹽電解，可以得到金屬錳，以此解答該題．

解答 解：（1）攪拌固體和液體的混合物，升高溫度、增大濃度等，可加快反應速率，所以為了提高浸取率可采取的措施有加熱或攪拌或增大硫酸濃度等，
故答案為：升高溫度、適當增大硫酸濃度、減小礦粉顆粒直徑；
（2）步驟Ⅱ中，MnO₂在酸性條件下可將Fe²⁺離子氧化為Fe³⁺，反應的離子方程式MnO₂+2Fe²⁺+4H⁺=Mn²⁺+2Fe³⁺+2H₂O，加入氨水調節pH為5.0～6.0，發生Fe³⁺+3NH₃﹒H₂O=Fe（OH）₃↓+3NH₄⁺，可得到沉淀Fe（OH）₃，
故答案為：Fe（OH）₃；2Fe²⁺+MnO₂+4H⁺=2Fe³⁺+Mn²⁺+2H₂O；Fe³⁺+3NH₃﹒H₂O=Fe（OH）₃↓+3NH₄⁺；
（3）向濾液中滴入適量的（NH₄）₂S溶液，目的是除去Co²⁺、Ni²⁺，若（NH₄）₂S的濃度過大，產生MnS沉淀，造成產品損失，
故答案為：若（NH₄）₂S的濃度過大，產生MnS沉淀，造成產品損失；
（4）CoS、NiS的Ksp分別為5.0×10^-22、1.0×10^-22，加入足量（NH₄）₂S溶液后，生成CoS、NiS沉淀，溶液中c（Co²⁺）：c（Ni²⁺）=5.0×10^-22：1.0×10^-22=5：1，
故答案為：5：1；
（5）濾渣1為為Fe（OH）₃，質量為c kg，則n（Fe³⁺）=n（Fe（OH）₃）=$\frac{1000c}{107}$mol，由2Fe²⁺+MnO₂+4H⁺=2Fe³⁺+Mn²⁺+2H₂O可知n（MnO₂）=$\frac{1}{2}$×$\frac{1000c}{107}$mol，
將質量為a㎏的碳酸錳礦經上述流程處理后得到單質Mn b kg，n（Mn）=$\frac{1000b}{55}$mol，
可知n（MnCO₃）=$\frac{1000b}{55}$mol-$\frac{1}{2}$×$\frac{1000c}{107}$mol，
m（MnCO₃）=（$\frac{1000b}{55}$mol-$\frac{1}{2}$×$\frac{1000c}{107}$mol）×115g/mol，
則原碳酸錳礦中MnCO₃的質量分數為$\frac{（b-\frac{c}{107}×\frac{1}{2}×55）×\frac{115}{55}}{a}$×100%，
故答案為：$\frac{（b-\frac{c}{107}×\frac{1}{2}×55）×\frac{115}{55}}{a}$×100%．

點評 本題考查了制備方案的設計，為高考常見題型，題目難度中等，根據制備流程明確制備原理為解答關鍵，試題培養了學生的分析、理解能力及化學實驗能力．