Question

2．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的生產流程如圖所示．
 
已知生成氫氧化物的pH和有關硫化物的K_sp如表：

物質	MnS	CuS	PbS
Ksp	2.5×10-13	6.3×10-36	8.0×10-28

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

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+SO₂═MnSO₄
2Fe³⁺+SO₂+2H₂O═2Fe²⁺+SO₄^2-+4H⁺．
（1）流程①中所得MnSO₄溶液的pH比軟錳礦漿的pH小（填“大”或“小”），該流程可與工業制備硫酸（填寫工業生產名稱）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  MnO₂+2Fe²⁺+4H⁺=Mn²⁺+2Fe³⁺+2H₂O，這樣設計的目的和原理是使Fe²⁺轉變為Fe³⁺，Fe³⁺完全沉淀的pH較低（或Fe³⁺更易沉淀）．
（3）反應③中硫化鈉的作用是使重金屬離子轉化為硫化物沉淀，碳酸鈣的作用是與溶液中的酸反應，使溶液中的Fe³⁺、Al³⁺轉化為氫氧化物沉淀．
（4）反應④發生的化學反應為：MnSO₄+2NH₄HCO₃=MnCO₃↓+（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的目的是使MnCO₃沉淀完全，溶液的pH不能過低的原因是MnCO₃沉淀量少，NH₄HCO₃與酸反應（或MnCO₃、NH₄HCO₃與酸反應溶解） ．
（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：軟錳礦與煤炭粉混合，焙燒后加稀硫酸溶解．
其中工藝A的優點是節約能源、治理含SO₂的工業廢氣等．（答對1個即可）

Answer 1

分析 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，用軟錳礦與來自工業廢氣主要是SO₂反應生成硫酸錳，另外還原硫酸鐵、硫酸亞鐵等，再加入二氧化錳反應使亞鐵離子被氧化成鐵離子，得到含有硫酸錳的溶液中再加入硫化鈉和碳酸鈣固體，反應后過濾得硫酸錳溶液，在硫酸錳溶液中加入碳酸氫鈉得碳酸錳沉淀和硫酸銨溶液，過濾得碳酸錳固體，
（1）軟錳礦漿是二氧化錳，MnSO₄溶液水解顯酸性，Fe³⁺將SO₂氧化為硫酸；
（2）MnO₂可將Fe²⁺氧化成Fe³⁺，Fe³⁺完全沉淀的pH較Fe²⁺低；
（3）碳酸鈣與溶液中的H⁺反應，使溶液中的PH升高；
（4）加入一種反應物能提高另一種反應物的裝化率；MnCO₃，NH₄HCO₃與酸反應；
（5）錳礦與煤炭粉混合，焙燒生成二氧化硫，污染空氣．

解答 解：（1）軟錳礦漿是二氧化錳，MnSO₄溶液水解先酸性，根據2Fe³⁺+SO₂+2H₂O=2Fe²⁺+SO₄^2-+4H⁺．Fe³⁺可將SO₂氧化為硫酸，故答案為：小；工業制備硫酸； 
（2）MnO₂可將Fe²⁺氧化成Fe³⁺，反應的離子方程式為MnO₂+2Fe²⁺+4H⁺=Mn²⁺+2Fe³⁺+2H₂O，Fe³⁺完全沉淀的pH較Fe²⁺低，所以將溶液中的Fe²⁺氧化成Fe³⁺，
故答案為：MnO₂+2Fe²⁺+4H⁺=Mn²⁺+2Fe³⁺+2H₂O；使Fe²⁺ 轉變為Fe³⁺，Fe³⁺完全沉淀的pH較低（或Fe³⁺更易沉淀）；
（3）碳酸鈣與溶液中的H⁺反應，使溶液中的PH升高，使溶液中的Fe³⁺、Al³⁺轉化為氫氧化物沉淀，
故答案為：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）加入稍過量的NH₄HCO₃能提高MnSO₄的裝化率，使MnCO₃沉淀完全，溶液的pH不過低，H⁺可與MnCO₃，NH₄HCO₃反應，
故答案為：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）錳礦與煤炭粉混合，焙燒生成二氧化硫，污染空氣，而工藝A不僅不產生二氧化硫，且能生產硫酸，故答案為：節約能源、治理含SO₂的工業廢氣等．

點評 本題考查了流程分析，反應過程理解應用，反應現象和產物的判斷，注意基本實驗的操作步驟，離子方程式書寫等，題目難度中等．