Question

以某菱锰矿（含MnCO₃、SiO₂、FeCO₃和少量Al₂O₃等）为原料通过以下方法可获得碳酸锰粗产品。

（已知：K_sp(MnCO₃) = 2.2×10⁻¹¹，K_sp[Mn(OH)₂] = 1.9×10⁻¹³，K_sp[Al(OH)₃] = 1.3×10⁻³³）

（1）滤渣1中，含铁元素的物质主要是       （填化学式，下同）；加NaOH调节溶液的pH约为5，如果pH过大，可能导致滤渣1中       含量减少。

（2）滤液2中，+1价阳离子除了H⁺外还有          （填离子符号）。

（3）取“沉锰”前溶液a mL于锥形瓶中，加入少量AgNO₃溶液（作催化剂）和过量的1.5%(NH₄)₂S₂O₈溶液，加热，Mn²⁺被氧化为MnO₄⁻，反应一段时间后再煮沸5min[除去过量的(NH₄)₂S₂O₈]，冷却至室温。选用适宜的指示剂，用b mol·L⁻¹ 的(NH₄)₂Fe(SO₄)标准溶液滴定至终点，消耗(NH₄)₂Fe(SO₄)₂标准溶液V mL。

① Mn²⁺与(NH₄)₂S₂O₈反应的还原产物为             （填化学式）。

② “沉锰”前溶液中c(Mn²⁺) =            mol·L⁻¹（列出表达式）。

（4）其他条件不变，“沉锰”过程中锰元素回收率与NH₄HCO₃初始浓度（c₀）、反应时间的关系如下图所示。

① NH₄HCO₃初始浓度越大，锰元素回收率越    （填“高”或“低”），简述原因        。

② 若溶液中c(Mn²⁺) = 1.0 mol·L⁻¹，加入等体积1.8 mol·L⁻¹ NH₄HCO₃溶液进行反应，计算20～40 min内v(Mn²⁺) =          。

Answer

（1）Fe(OH)3 Al(OH)3、SiO2

（2）Na+、NH4+

（3）① SO42− [或“H2SO4”“Na2SO4”“(NH4)2SO4”] ②

（4）①高 ② 根据Ksp=c(CO32−)·c(Mn2+)，c(NH4HCO3)越大，c(CO32-)越大，c(Mn2+)越小，析出的MnCO3越多[或c(NH4HCO3)越大，c(CO32-)越大，使平衡MnCO3(s)CO32− (aq)+Mn2+ (aq向逆反应方向移动，析出的MnCO3越多]

（5）7.5×10−3 mol·L−1·min−1

【解析】

试题分析：菱锰矿用稀硫酸溶解，MnCO3、FeCO3、Al2O3都和稀硫酸反应生成硫酸盐，SiO2不反应，酸性条件下，加入MnO2将Fe2+氧化为Fe3+，MnO2还原生成Mn2+，调节溶液的pH，使Fe3+、Al3+完全转化为Fe(OH)3、Al(OH)3沉淀，过滤分离，滤渣1为SiO2、Al(OH)3、Fe(OH)3，滤液中存在 MnSO4、硫酸钠等，加入碳酸氢铵得到MnCO3，过滤分离，滤液2中含有硫酸铵、硫酸钠等．

（1）滤渣1中，含铁元素的物质主要是Fe(OH)3；加NaOH调节溶液的pH约为5，如果pH过大，可能导致滤渣1中SiO2、Al(OH)3溶解；

（2）滤液2中含有硫酸铵、硫酸钠等，+1价阳离子除了H+外还有：Na+、NH4+；

（3）①Mn2+被氧化，（NH4）2S2O8中S元素还原为SO42−；

②由Mn元素守恒、电子转移守恒，可得关系式：Mn2+～MnO4-～5Fe2+，则n（Mn2+）=n（Fe2+），所以c（Mn2+）= 。

（4）①由图可知，NH4HCO3初始浓度越大，锰元素回收率越高；NH4HCO3初始浓度越大，溶液中c（CO32-）度越大，根据溶度积Ksp=c(CO32−)·c(Mn2+)可知溶液c(NH4HCO3)越大，c(CO32-)越大，c(Mn2+)越小，析出的MnCO3越多；

②若溶液中c（Mn2+）=1.0 mol/L，加入等体积1.8 mol/LNH4HCO3溶液进行反应，混合后NH4HCO3溶液浓度为0.9mol/L，为图像中d曲线，20～40 min内△c（Mn2+）=1mol/L××（50%-20%）=0.15mol/L，则20～40 min内v（Mn2+）=0.15mol/L÷(40−20)min=0.0075mol/（L·min）。

考点：考查物质准备工艺流程，涉及混合物的分离和提纯、氧化还原反应滴定、信息获取与迁移运用等