【題目】磁性材料產(chǎn)業(yè)是21 世紀各國競相發(fā)展的高科技支柱產(chǎn)業(yè)之一,碳酸錳(MnCO3)可制造電信器材的軟磁鐵氧體。工業(yè)上利用軟錳礦(主要成分為 MnO2,含少量SiO2Fe2O3CuO 等雜質(zhì))和含SO2的煙氣為主要原料制備無水碳酸錳的工藝流程如下:

已知:①MnCO3難溶于水和乙醇,潮濕時易被空氣氧化,100 時開始分解。

②不同金屬離子生成氫氧化物沉淀的 pH 和有關物質(zhì)的 Ksp 如下表:

離子

Fe3+

Fe2+

Cu2+

Mg2+

開始沉淀的pH

2.7

7.5

4.2

7.8

沉淀完全的pH

3.7

9.7

6.7

9.8

物質(zhì)

MnS

CaF2

CuS

Ksp

2.5×10-13

1.5×10-10

1.3×10-36

回答下列問題:

(1)為提高“溶浸”過程中的浸取速率,以下方法不能提高浸取速率的是________。

A.將礦石研磨粉碎 B.連續(xù)攪拌 C.延長浸取時間 D.升高溫度 E.適當增大稀硫酸的濃度

“溶浸”過程中往往有副產(chǎn)物MnS2O6 生成,溫度對“溶浸”反應的影響如下圖所示, 為減少MnS2O6的生成,“溶浸”的適宜溫度應大于___。

(2)“除鐵”步驟中,在加入石灰調(diào)節(jié)溶液的pH前,加入適量的軟錳礦,發(fā)生反應的離子方程為____

(3) “凈化”步驟的目的是除去溶液中的Ca2+、Cu2+等雜質(zhì)。若測得濾液中 c(F-)=0.02molL-1,則濾液中殘留的c(Ca2+) =__。

(4) “沉錳”步驟中 ,加入 NH4HCO3后有無色無味的氣體放出, 發(fā)生反應的離子方程式為______

(5)從“沉錳”步驟中要得到純凈無水MnCO3,先將析出的 MnCO3沉淀過濾,再用_______(填化學式)洗滌更易于干燥。過濾后廢液的主要成分為____(填化學式)。

(6)實際生產(chǎn)中, 運用陰離子交換膜法電解得到金屬錳,電解裝置如下圖所示,B電極為直流電源的_________極。該工藝若不使用離子交換膜, 會造成Mn2+發(fā)生副反應生成 MnO2, 寫出該副反應的電極反應式_______。

【答案】C 90 MnO22Fe2++4H+2Fe3++Mn2++2H2O 3.75×10-7 molL-1 Mn2+ + 2 MnCO3 ↓+ CO2↑+ H2O C2H6O (NH4)2SO4 負極 Mn2+2H2O-2e-MnO24H+

【解析】

“溶浸”時,SiO2不溶于稀硫酸,通過過濾除去,所得溶液含H+、Mn2+、Fe2+Cu2+、SO42-等離子;

“溶浸”所得溶液通過“除鐵”將Fe3+轉(zhuǎn)化為Fe(OH)3沉淀,然后過濾除去;

“除鐵”后所得溶液通過“凈化”將Ca2+Cu2+轉(zhuǎn)化為CaF2、CuS沉淀,然后過濾除去;

“凈化”所得溶液主要含Mn2+、NH4+SO42-,通過“沉錳”得到MnCO3,再經(jīng)過濾、洗滌、烘干獲得無水MnCO3,據(jù)此解答。

(1)A.將礦石研磨粉碎,可以增大反應物的接觸面積,從而提高浸取速率,A不滿足題意;

B.連續(xù)攪拌可以增大反應物的接觸面積,從而提高浸取速率,B不滿足題意;

C.延長浸取時間不能提高浸取速率,C滿足題意;

D.升高溫度可以加快反應速率,從而提高浸取速率,D不滿足題意;

E.增大反應物的濃度,可以加快反應速率,從而提高浸取速率,E不滿足題意;

由圖可知,溫度高于90℃,副產(chǎn)物MnS2O6的百分率低且隨溫度升高百分率幾乎不再變化,故答案為:C;90℃;

(2)軟錳礦的主要成分為MnO2,具有較強的氧化性,將“溶浸”所得的Fe2+氧化物Fe3+,發(fā)生反應的離子方程式為:MnO22Fe2++4H+2Fe3++Mn2++2H2O,故答案為:MnO22Fe2++4H+2Fe3++Mn2++2H2O;

(3)Ksp(CaF2)=c(Ca2+)×c2(F-),所以c(Ca2+) =molL-1=3.75×10-7molL-1,故答案為:3.75×10-7molL-1

(4)“沉錳”時加入NH4HCO3后有無色無味的氣體放出,根據(jù)元素守恒可知該氣體為CO2,所以“沉錳”發(fā)生反應的離子方程式為Mn2++ 2MnCO3↓+ CO2↑+ H2O,故答案為:Mn2++ 2MnCO3↓+ CO2↑+ H2O

(5)MnCO3難溶于水和乙醇,潮濕時易被空氣氧化,且乙醇易揮發(fā),洗滌后更容易干燥,所以應用乙醇洗滌,乙醇化學式為C2H6O,整個流程來看,NH4+、SO42-未除去,所以過濾出MnCO3沉淀后廢液主要成分為(NH42SO4,故答案為:C2H6O;(NH42SO4

(6)由圖可知,電解質(zhì)溶液中的陰離子向左邊電極移動,左邊電極為陽極,A為電源的正極,B為電源的負極,結(jié)合電荷守恒可得Mn2+發(fā)生副反應的離子方程式為:Mn2+2H2O-2e-MnO24H+,故答案為:負極;Mn2+2H2O-2e-MnO24H+。

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3)現(xiàn)有雨水樣品1份,每隔一段時間測定該雨水樣品的pH,所得數(shù)據(jù)如下:

注 溶液的pH越大,H的物質(zhì)的量濃度就越小。

①雨水樣品的pH變化的原因是____________(用化學方程式表示)。

②如果將剛?cè)拥纳鲜鲇晁陀寐葰庀镜淖詠硭嗷旌希?/span>pH_________(填增大”“減小不變),原因是(用化學方程式表示):_____________

4)你認為減少酸雨產(chǎn)生可采用的措施是_________(填序號)。

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