Question

4．碳酸錳主要用于制備軟磁鐵氧體，工業(yè)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（MnCO₃難溶，分解溫度較高）的一種工藝流程如圖：

已知：幾種金屬離子沉淀的pH如表：

	Fe2+	Fe3+	Mn2+
開始沉淀的pH	7.5	3.2	8.8
完全沉淀的pH	9.7	3.7	10.4

回答下列問題：
（1）為了提高溶浸工序中原料的浸出效率，可以采取的措施有ABC
A．適當升高溫度     B．加壓      C．研磨礦石      D．加入足量的蒸餾水
（2）溶浸過程中發(fā)生的主要反應如下，請完成并配平該反應的離子方程式：
2FeS₂+15MnO₂+28H⁺═2Fe³⁺+15Mn²⁺+4SO₄²ˉ+14H₂O
（3）操作1經過濾、洗滌（填操作名稱）烘干等過程可得到無水碳酸錳．
（4）①除鐵工序中，先加入適量的軟錳礦，其作用是除去可能未被完全氧化的Fe²⁺，如何檢驗溶液中的Fe²⁺已被完全氧化？加入酸性高錳酸鉀溶液，觀察是否褪色
②再加入石灰調節(jié)溶液pH的范圍為3.7～5.2．
（5）副產品A的主要成分是（NH₄）₂SO₄．
（6）黃鐵礦（主要成分是FeS₂）還可以用來制備化工原料FeSO₄，FeSO₄可轉化為FeCO₃，
FeCO₃在空氣中加熱反應可制得鐵系氧化物材料．
已知25℃，101kPa時：
4Fe（s）+3O₂（g）═2Fe₂O₃（s）△H=-1648kJ/mol
C（s）+O₂（g）═CO₂（g）△H=-393kJ/mol
2Fe（s）+2C（s）+3O₂（g）═2FeCO₃（s）△H=-1480kJ/mol
FeCO₃在空氣中加熱反應生成Fe₂O₃的熱化學方程式是4FeCO₃（s）+O₂（g）=2Fe₂O₃（s）+4CO₂（g）△H=-260kJ/mol．

Answer 1

分析 由流程可知軟錳礦（主要成分MnO₂）和黃鐵礦加入硫酸酸浸過濾得到浸出液調節(jié)溶液PH，使鐵離子全部沉淀，過濾得到浸出液中主要含有Cu²⁺、Ca²⁺等雜質，加入硫化銨和氟化銨，除去Cu²⁺、Ca²⁺過濾，在濾液中加入碳酸氫銨和氨水過濾得到混合溶液加熱趕出氨氣結晶析出得到硫酸銨，濾渣為碳酸錳，通過洗滌、烘干得到硫酸錳晶體，
（1）升高溫度、攪拌、減小固體的顆粒等均能加速固體的溶解，據此分析；
（2）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、原子守恒和電荷守恒分析配平；
（3）經過濾、洗滌烘干等過程可得到無水碳酸錳；
（4）①二價鐵離子有還原性；②根據三價鐵離子沉淀的pH范圍判斷；
（5）根據溶液中含有的離子分析副產品的主要成分；
（6）發(fā)生反應：4FeCO₃+O₂ 2Fe₂O₃+4CO₂，根據蓋斯定律，由已知熱化學方程式乘以適當的系數進行加減，構造目標熱化學方程式．

解答 解：軟錳礦（主要成分MnO₂）和黃鐵礦加入硫酸酸浸過濾得到浸出液調節(jié)溶液PH，使鐵離子全部沉淀，過濾得到浸出液中主要含有Cu²⁺、Ca²⁺等雜質，加入硫化銨和氟化銨，除去Cu²⁺、Ca²⁺過濾，在濾液中加入碳酸氫銨和氨水過濾得到混合溶液加熱趕出氨氣結晶析出得到硫酸銨，濾渣為碳酸錳，通過洗滌、烘干得到硫酸錳晶體，
（1）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，
故答案為：ABC；
（2）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：
2FeS₂+15MnO₂+28H⁺=2Fe³⁺+14H₂O+15Mn²⁺+4SO₄²，
故答案為：28H⁺；2；15；4；14H₂O；
（3）過濾分離不溶物和可溶性雜質，經過濾、洗滌烘干等過程可得到無水碳酸錳，故答案為：過濾；洗滌；
（4）①二價鐵離子有還原性，能使酸性高錳酸鉀溶液褪色，故答案為：加入酸性高錳酸鉀溶液，觀察是否褪色；
②由表中數據可知三價鐵離子完全的沉淀的PH為3.7，銅離子開始沉淀的范圍為5.2，所以加入石灰調節(jié)溶液的pH的范圍為3.7～5.2，故答案為：3.7～5.2；
（5）溶浸過程中發(fā)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，
故答案為：（NH₄）₂SO₄；
（6）發(fā)生反應：4FeCO₃+O₂2Fe₂O₃+4CO₂，
已知：①4Fe（s）+3O₂（g）═2Fe₂O₃（s）△H=-1648kJ/mol
②C（s）+O₂（g）═CO₂（g）△H=-393kJ/mol
③2Fe（s）+2C（s）+3O₂（g）═2FeCO₃（s）△H=-1480kJ/mol
根據蓋斯定律，①-③×2+②×4可得4FeCO₃（s）+O₂（g）=2Fe₂O₃（s）+4CO₂（g），故△H=-1648kJ/mol-2×（-1480kJ/mol）+4×（-393kJ/mol）=-260kJ/mol，
故反應熱化學方程式為：4FeCO₃（s）+O₂（g）=2Fe₂O₃（s）+4CO₂（g）△H=-260kJ/mol，
故答案為：4FeCO₃（s）+O₂（g）=2Fe₂O₃（s）+4CO₂（g）△H=-260kJ/mol．

點評 本題以工業(yè)流程圖為依托，考查了實驗條件的選擇、離子方程式的書寫、反應熱的計算等，題目難度中等，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(yǎng)了學生分析、理解能力及靈活應用所學知識的能力．