【題目】硫酸錳是一種重要的化工中間體,是錳行業(yè)研究的熱點(diǎn)。一種以高硫錳礦(主要成分為含錳化合物及FeS)為原料制備硫酸錳的工藝流程如下:

已知:①“混合焙燒”后燒渣含MnSO4、Fe2O3及少量FeO、Al2O3、MgO。

②金屬離子在水溶液中的平衡濃度與pH的關(guān)系如圖所示(25℃):

③此實(shí)驗(yàn)條件下Mn2+開(kāi)始沉淀的pH為7.54;離子濃度≤10-5mol·L-1時(shí),離子沉淀完全。

請(qǐng)回答:

(1)傳統(tǒng)工藝處理高硫錳礦時(shí),不經(jīng)“混合焙燒”,而是直接用H2SO4浸出,其缺點(diǎn)為___________。

(2)“氧化”時(shí),發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為_________________________________。若省略“氧化”步驟,造成的后果是_________________________________

(3)“中和除雜”時(shí),生成沉淀的主要成分為______________________(填化學(xué)式)。

(4)“氟化除雜”時(shí),若使溶液中的Mg2+和Ca2+沉淀完全,需維持c(F)不低于___________。(已知:Ksp(MgF2)=6.4×10-10;Ksp(CaF2)=3.6×10-12)

(5)“碳化結(jié)晶”時(shí),發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為______________________。

(6)“系列操作”指___________、過(guò)濾、洗滌、干燥

(7)用惰性電極電解MnSO4溶液可制備MnO2,電解過(guò)程中陽(yáng)極的電極反應(yīng)式為___________。

【答案】產(chǎn)生硫化氫等氣體,污染環(huán)境 MnO2+2Fe2++4H+=2Fe3++Mn2++2H2O Fe2+與Mn2+沉淀區(qū)有重疊,造成Mn2+損失(或Fe2+去除不完全,影響產(chǎn)品純度) Fe(OH)3、Al(OH)3 8×10﹣3 molL﹣1 Mn2++2HCO3-=MnCO3↓+CO2↑+H2O 蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶 Mn2++2H2O﹣2e=MnO2+4H+

【解析】

高硫錳礦(主要成分為含錳化合物及FeS)與氧化錳礦混合焙燒,得到MnSO4、Fe2O3及少量FeO、Al2O3、MgO,加入硫酸,得到Mn2+、Fe2+、Fe3+、Mg2+Al3+的酸性溶液,加入二氧化錳將亞鐵離子氧化為鐵離子便于除去,再加入碳酸鈣中和,將鐵離子與鋁離子以氫氧化物的形式除去,加入MnF2除雜,使溶液中的Mg2+沉淀完全,此時(shí)溶液中的金屬離子為錳離子,加入碳酸氫銨發(fā)生Mn2++2 HCO3-=MnCO3↓+CO2↑+H2O,加入硫酸溶解碳酸錳,經(jīng)過(guò)蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過(guò)濾、洗滌、干燥得到硫酸錳的水合物,據(jù)此分析解答。

(1)高錳礦含有FeS,傳統(tǒng)工藝處理高硫錳礦時(shí),不經(jīng)混合焙燒,而是直接用H2SO4浸出,產(chǎn)生硫化氫等氣體,污染環(huán)境;故答案為:產(chǎn)生硫化氫等氣體,污染環(huán)境;

(2)氧化時(shí)用二氧化錳氧化亞鐵離子,離子方程式為:MnO2+2Fe2++4H+2Fe3++Mn2++2H2O;若省略氧化步驟,根據(jù)圖表Fe2+Mn2+沉淀區(qū)有重疊,造成Mn2+損失(Fe2+去除不完全,影響產(chǎn)品純度);故答案為:MnO2+2Fe2++4H+2Fe3++Mn2++2H2O;Fe2+Mn2+沉淀區(qū)有重疊,造成Mn2+損失(Fe2+去除不完全,影響產(chǎn)品純度);

(3)“中和除雜時(shí),碳酸鈣與鐵離子、鋁離子水解產(chǎn)生的H+反應(yīng),從而促進(jìn)了水解平衡向正向移動(dòng),得到Fe(OH)3、Al(OH)3沉淀,故答案為:Fe(OH)3、Al(OH)3;

(4)已知:Ksp(MgF2)6.4×1010,若使溶液中的Mg2+沉淀完全,需維持c(F)不低于mol/L8×103 molL1;故答案為:8×103 molL1;

(5)“碳化結(jié)晶時(shí),發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為:Mn2++2HCO3-MnCO3↓+CO2↑+H2O,故答案為:Mn2++2HCO3-MnCO3↓+CO2↑+H2O;

(6)硫酸錳溶液經(jīng)過(guò)蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過(guò)濾、洗滌、干燥得到硫酸錳的水合物,故答案為:蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶;

(7)用惰性電極電解MnSO4溶液可制備MnO2,電解過(guò)程中陽(yáng)極發(fā)生氧化反應(yīng),元素化合價(jià)升高,故為硫酸錳失去電子生成二氧化錳,電極反應(yīng)式為Mn2++2H2O2eMnO2+4H+,故答案為:Mn2++2H2O2eMnO2+4H+。

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(1)該反應(yīng)的化學(xué)方程式為___________________________。

(2)反應(yīng)開(kāi)始至2min,以氣體Z表示的平均反應(yīng)速率為______________。

(3)平衡時(shí)X的轉(zhuǎn)化率為_____________ 。

(4)若X、Y、Z均為氣體,2min后反應(yīng)達(dá)到平衡,反應(yīng)達(dá)平衡時(shí):①此時(shí)體系內(nèi)壓強(qiáng)與開(kāi)始時(shí)壓強(qiáng)之比為________________;②達(dá)平衡時(shí),容器內(nèi)混合氣體的平均相對(duì)分子質(zhì)量比起始投料時(shí)____________________(填“增大”“減小”或“相等”)。

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