Question

某研究性學習小組在網(wǎng)上收集到如下信息：以貧軟錳礦和有色金屬冶煉廠的SO₂廢氣為原料制備高純碳酸錳．已知，貧軟錳礦的主要成分為MnO₂和少量Fe₂O₃、SiO₂、Al₂O₃等雜質(zhì)．工藝流程如圖1：

已知：有關(guān)氫氧化物沉淀pH對應(yīng)表

物質(zhì)	開始沉淀時的pH	完全沉淀時的pH
氫氧化鐵	2.7	3.7
氫氧化鋁	3.3	5.2
氫氧化亞鐵	7.6	9.6

請回答：
（1）在浸出液除雜過程中需通入適量空氣并調(diào)節(jié)溶液的pH到5.0～5.5，沉淀部分雜質(zhì)離子，此時濾渣I中主要含有

 

（填化學式）．
（2）影響浸錳率的操作因素有多種，其中溫度選擇不合理時會產(chǎn)生雜質(zhì)MnS₂O₆造成錳損失．溫度對浸錳率的影響見圖2、圖3．

為了提高錳的浸出率，請選擇合適的條件

 

．（填序號）
a．30℃～120℃b．150℃～155℃c．180℃以上
（3）在濾液中加入NH₄HCO₃生成MnCO₃的同時還可以獲得一種作為肥料的副產(chǎn)物，寫出該過程的化學反應(yīng)方程式

 

，從廢液中分離出該副產(chǎn)物的操作是蒸發(fā)濃縮、

 

．若該分離過程在實驗室進行，其中除了需要酒精燈、蒸發(fā)皿、玻璃棒外，還需要

 

．
（4）現(xiàn)有含錳質(zhì)量分數(shù)為20%的貧錳礦1噸，若按照上述工藝錳的產(chǎn)率為82.5%，最終獲得碳酸錳的質(zhì)量

 

．

Answer 1

考點：制備實驗方案的設(shè)計,物質(zhì)分離、提純的實驗方案設(shè)計

專題：

分析：由流程可知，酸浸后的過濾液中含有Mn²⁺、Fe³⁺、Al³⁺，浸取渣為SiO₂，結(jié)合表格數(shù)據(jù)可知，除雜若使用氫氧化鈉溶液，會使鋁離子反應(yīng)生成偏鋁酸根離子，無法生成沉淀，錳離子與氫氧根離子反應(yīng)生成氫氧化錳沉淀；鋁離子完全沉淀時溶液的pH=5.2，鐵離子完全沉淀時溶液pH=3.2，所以調(diào)節(jié)溶液的最小pH為5.2；結(jié)合題中陽離子以氫氧化物形式完全沉淀時溶液的pH可知，F(xiàn)e³⁺、Al³⁺完全轉(zhuǎn)化為Fe（OH）₃和Al（OH）₃沉淀，過濾得到的濾液中含硫酸錳，加碳酸氫銨反應(yīng)生成碳酸錳，以此來解答．

解答： 解：（1）pH到5.0～5.5，沉淀部分雜質(zhì)離子，F(xiàn)e³⁺、Al³⁺完全轉(zhuǎn)化為Fe（OH）₃和Al（OH）₃沉淀，故答案為：Fe（OH）₃、Al（OH）₃；
（2）副反應(yīng)為MnSO₄+SO₂ MnS₂O₆，溫度選擇不合理時會產(chǎn)生雜質(zhì)MnS₂O₆造成錳損失，根據(jù)圖象知，溫度越高，MnS₂O₆的生成率越低，所以該反應(yīng)的正反應(yīng)是放熱反應(yīng)，焓變小于△H＜0；當溫度為 150℃時，MnS₂O₆的生成率為0，故選溫度為150℃，故答案為：b；
（3）濾液與NH₄HCO₃生成MnCO₃的同時還可以獲得一種作為肥料的副產(chǎn)物為硫酸銨，該反應(yīng)為2NH₄HCO₃+MnSO₄=MnCO₃↓+（NH₄）₂SO₄+CO₂↑+H₂O，從廢液中分離出該副產(chǎn)物的操作是蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過濾，蒸發(fā)需要酒精燈、蒸發(fā)皿、玻璃棒，過濾需要漏斗、燒杯，
故答案為：2NH₄HCO₃+MnSO₄=MnCO₃↓+（NH₄）₂SO₄+CO₂↑+H₂O；冷卻結(jié)晶、過濾；漏斗、燒杯；
（4）含錳質(zhì)量分數(shù)為20%的貧錳礦1噸，則Mn的物質(zhì)的量為1000kg×20%=200kg，由Mn～MnCO₃可知，生成MnCO₃的質(zhì)量為200kg×82.5%×

115

55

=345kg，
故答案為：345kg．

點評：本題考查制備實驗方案的設(shè)計，為高頻考點，把握流程中混合物分離提純、除雜及發(fā)生的反應(yīng)為解答的關(guān)鍵，側(cè)重分析、實驗、推斷及計算能力的綜合考查，題目難度中等．