Question

2．碳酸錳主要用于制備軟磁鐵氧體，工業上以軟錳礦（主要成分MnO₂）和黃鐵礦（主要成分FeS₂）為主要原料制備碳酸錳的一種工藝流程如圖1：
回答下列問題：
（1）除鐵工序中，在加入石灰調節溶液的pH前，加入適量的軟錳礦，其作用是使殘余Fe²⁺轉化為Fe³⁺．
（2）凈化工序的目的是除去溶液中的Cu²⁺、Ca²⁺等雜質．若測得濾液中c（Fˉ）=0.01mol•Lˉ¹，濾液中殘留c（Ca²⁺）=1.46×10^-6 mol/L．[已知：K_sp（CaF₂）=1.46×10ˉ¹⁰]
（3）沉錳工序中，298K、c（Mn²⁺）為1.05mol•Lˉ¹時，實驗測得MnCO₃的產率與溶液pH、反應時間關系如圖2所示．對比不同反應條件下的曲線，僅據圖中信息，你能獲得的結論是pH等于7.0時反應速率最快，且MnCO₃產率最高．
（4）副產品A的一種用途是化肥等．
（5）溶浸過程中發生的主要反應如下，請完成并配平該反應的離子方程式．
FeS₂+MnO₂+28H⁺=Fe³⁺+Mn²⁺+SO₄²ˉ+14H₂O
（6）為了提高溶浸工序中原料的浸出效率，可以采取的措施有ABCD
A．攪拌         B．適當升高溫度       C．研磨礦石         D．適當提高稀硫酸的濃度．

Answer 1

分析 （1）根據影響固體溶解的因素分析，提高溶浸工序中原料的浸出效率是為了加快固體溶解；
（2）根據得失電子守恒、原子守恒和電荷守恒分析配平書寫離子方程式，元素化合價變化，鐵元素從+2價變化為鐵離子，硫元素從-1價變化為+6價，二氧化錳做氧化劑，錳元素化合價從+4價變化為+2價，電荷守恒和原子守恒配平缺項物質和系數；
（3）根據MnCO₃的產率與溶液pH、反應時間關系圖可知，pH值越大，MnCO₃的產率越高；
（4）根據K_sp（CaF₂）和c（F^-），寫出溶度積常數表達式求算鈣離子濃度；
（5）根據MnCO₃的產率與溶液pH、反應時間關系如圖分析，縱軸是碳酸錳的產率，橫軸為時間，不同PH時的產率變化曲線分析判斷，PH越大，產率越大，曲線越陡反應速率越大分析；
（6）根據溶液中含有的離子分析副產品的主要成分為銨鹽，可以做氮肥化肥．

解答 解：（1）加入石灰調節溶液的pH使鐵離子沉淀完全，在加入石灰調節溶液的pH前，加入適量的軟錳礦主要是使二價鐵離子氧化為鐵離子；
故答案為：使殘余Fe²⁺轉化為Fe³⁺；
（2）已知K_sp（CaF₂））=1.46×10^-10，c（F^-）=0.01 mol•L^-1 ，則c（Ca²⁺）=$\frac{Ksp}{{c}^{2}（{F}^{-}）}$=$\frac{1.46×1{0}^{-10}}{0.0{1}^{2}}$=1.46×10^-6mol•L^-1，
故答案為：1.46×10^-6mol/L；
（3）根據MnCO₃的產率與溶液pH、反應時間關系如圖可知：pH等于7.0時反應到達平衡所用時間最短，即反應速率最快，且MnCO₃產率最高，
故答案為：pH等于7.0時反應速率最快，且MnCO₃產率最高；
（4）溶浸過程中發生的反應生成硫酸根離子，后來又加入了硫化銨、碳酸氫銨，所以產品中含有（NH₄）₂SO₄，可以做化肥；
故答案為：化肥等；
（5）FeS₂與MnO₂反應后生成Fe³⁺、Mn²⁺和SO₄^2-，1molFeS₂失去15mol電子，1molMnO₂得到2mol電子，根據得失電子守恒，FeS₂的計量數為2，MnO₂的計量數為15，則生成的Fe³⁺計量數為2，SO₄^2-的計量數為4，Mn²⁺的計量數為15，根據電荷守恒可知反應物中有H⁺，根據原子守恒可知生成物有H₂O；所以離子方程式配平為：
2Fe²⁺+15MnO₂+28H⁺=2Fe³⁺+14H₂O+15Mn²⁺+4SO₄²，
故答案為：2；15；28H⁺；2；15；4；14H₂O；
（6）升高溫度、攪拌、減小固體的顆粒等均能加速固體的溶解，所以為了提高溶浸工序中原料的浸出效率，可以采取的措施有：適當升高溫度，攪拌，研磨礦石，適當提高稀硫酸的濃度；
故答案為：ABCD．

點評 本題以工業流程圖為依托，考查了化學式的計算、離子方程式的書寫、電極反應式等，題目難度較大，解題關鍵是合理分析題中生成流程及表中離子完全沉淀時的數據的含義，試題培養了學生分析、理解能力及靈活應用所學知識的能力．