Question

磁性材料产业是21世纪各国竞相发展的高科技支柱产业之一，作为信息产业和机电工业的重要基础功能材料，磁性材料广泛应用于电子信息、军事技术等领域。碳酸锰主要用于制备软磁铁氧体，工业上以软锰矿(主要成分为MnO₂)和黄铁矿(主要成分为FeS₂)为主要原料制备碳酸锰的主要工艺流程如下：

已知：几种金属离子沉淀的pH如下表。

	Fe^2^＋	Fe^3^＋	Cu^2^＋	Mn^2^＋
开始沉淀的pH	7.5	3.2	5.2	8.8
完全沉淀的pH	9.2	3.7	7.8	10.4

回答下列问题：

(1)为了提高溶浸工序中原料的浸出效率，采取的措施不合理的有________。

A．搅拌         B．适当升高温度

C．研磨矿石     D．加入足量的蒸馏水

(2)溶浸过程中主要产生的离子为Fe^3＋、Mn^2＋、SO₄^2-，请写出主要反应的离子方程式：___________；浸取后的溶液中含有少量Fe^2＋、Cu^2＋、Ca^2＋，则在加入石灰调节溶液的pH从而使铁元素被完全沉淀前，加入适量的软锰矿目的是______________________，加入石灰调节溶液pH的范围为____________________。

(3)净化工序的目的是除去溶液中的Cu^2＋、Ca^2＋等杂质，故滤渣主要是________(填化学式)和CaF₂。若测得滤液中c(F^－)为0.01mol·L^－1，则滤液中残留c(Ca^2＋)为________mol·L^－1[已知：K_sp(CaF₂)＝1.46×10^－10]。

(4)有人认为净化工序中使用NaF会引起污染，建议用(NH₄)₂CO₃代替NaF，但是用(NH₄)₂CO₃代替NaF的缺点是______________________________________。

(5)如图为黄铁矿的质量分数对锰浸出率的影响，仅据图中信息，黄铁矿的质量分数应保持在________%左右。

Answer

D 2FeS2+15MnO2＋28H+=2Fe3＋＋14H2O+15Mn2＋＋4SO42- 使残余Fe2+转化为Fe3＋ 3.7＜pH＜5.2 CuS 1.46×10－6 会使Mn2＋沉淀进入滤渣，降低碳酸锰的产率 40

【解析】

由流程图可知，酸浸时，软锰矿中MnO2和黄铁矿中FeS2在硫酸溶液中反应，反应生成硫酸铁、硫酸锰和水；氧化除铁时，先加入适量的软锰矿主要是使二价铁离子氧化为铁离子，再加入石灰调节溶液的pH在3.7＜pH＜5.2范围，使铁离子沉淀完全；净化时，加入硫化钠溶液和氟化钠溶液除去溶液中的Cu2＋、Ca2＋等杂质；沉锰时，加入氨水和碳酸氢钠溶液，使溶液中锰离子转化为碳酸锰沉淀。

（1）升高温度、搅拌、减小固体的颗粒等均能加速固体的溶解，所以为了提高溶浸工序中原料的浸出效率，可以采取的措施有适当升高温度，搅拌，研磨矿石，适当提高稀硫酸的浓度等，加入足量的蒸馏水会降低稀硫酸的浓度，降低溶浸工序中原料的浸出效率，故答案为D；

（2）酸性条件下，FeS2与MnO2反应生成硫酸铁、硫酸锰和水，反应的离子方程式配平为： 2Fe2++15MnO2+28H+=2Fe3++14H2O+15Mn2++4SO42；加入适量的软锰矿主要是使二价铁离子氧化为铁离子，再加入石灰调节溶液的pH在3.7＜pH＜5.2范围，使铁离子沉淀完全，故答案为2Fe2++15MnO2+28H+=2Fe3++14H2O+15Mn2++4SO42；使残余Fe2+转化为Fe3＋；3.7＜pH＜5.2；

（3）净化工序时，加入硫化钠溶液，硫化钠与铜离子反应生成硫化铜沉淀；加入氟化钠溶液，氟化钠与钙离子反应生成氟化钙沉淀；已知Ksp（CaF2））=1.46×10-10，c（F-）=0.01 mol•L-1 ，则c（Ca2+）==1.46×10-6mol•L-1，故答案为CuS；1.46×10-6；

（4）氟化锰溶于水，碳酸锰不溶于水，若用(NH4)2CO3代替NaF ，(NH4)2CO3能与溶液中锰离子反应生成碳酸锰沉淀，降低碳酸锰的产率，故答案为会使Mn2＋沉淀进入滤渣，降低碳酸锰的产率；

（5）由图可知，黄铁矿的质量分数在40左右%时，锰浸出率较高，故答案为40。