夜雨聆风高中化学试题解析390
1. 采用两段焙烧—水浸法从铁锰氧化矿(主要含Fe2O3、MnO2及Co、Cu、Ca、Si等元素的氧化物)分离提取Cu、Co、Mn等元素，工艺流程如下：
已知：该工艺条件下，(NH4)SO4低温分解生成NH4HSO4，高温则完全分解为气体；Fe2(SO4)3在650℃完全分解，其他金属硫酸盐分解温度均高于700℃。
回答下列问题：
（1）“低温焙烧”时金属氧化物均转化为硫酸盐。MnO2与NH4HSO4反应转化为MnSO4时有N2生成，该反应的化学方程式为_______。“高温焙烧”温度为650℃，“水浸”所得滤渣主要成分除SiO2外还含有_______(填化学式)。
（2）在(NH4)SO4投料量不变的情况下，与两段焙烧工艺相比，直接“高温焙烧”，“水浸时金属元素的浸出率_______(填“增大”“减小”或“不变”)。
（3）HR萃取Cu2+反应为：
“反萃取”时加入的试剂为_______(填化学式)。
（4）“沉钴”中，pH=4时Co2+恰好沉淀完全[c(Co2+)=1×10-5mol·L-1]，则此时溶液中c(H2S)=_______mol·L-1。已知：
CoS“溶解”时发生反应的离子方程式为_______。
（5）“沉锰”所得滤液并入“吸收”液中，经处理后所得产品导入_______(填操作单元名称)循环利用。
答案：
（1）①.
②.Fe2O3、CaSO4
（2）减小
（3）H2SO4
（4）①. 4×10-4
②.
（5）低温焙烧
分析：
该化工流程的目的是从铁锰氧化矿中分离提取Cu、Co、Mn等金属元素。
将铁锰氧化矿与硫酸铵在低温下焙烧，硫酸铵转化为硫酸氢铵，同时产生氮气、氨气等气体，金属Mn元素被还原，金属氧化物均转化为硫酸盐，即硫酸锰、硫酸铁、硫酸钴、硫酸钙等，氨气用稀硫酸吸收得到硫酸铵溶液。
得到的硫酸盐经650℃高温焙烧，其中的硫酸铁完全分解，产生三氧化硫气体和氧化铁，水浸后，过滤分离出滤渣，滤渣主要为二氧化硅、氧化铁及硫酸钙。
滤液经萃取分离，铜元素萃取到有机相中，经反萃取最终得到硫酸铜溶液。水相主要含有钴元素和锰元素，加入硫化钠，调节pH，生成硫化钴沉淀。
过滤分离出硫化钴沉淀，加入过氧化氢、硫酸溶解沉淀，得到硫酸钴溶液。
滤液中加入碳酸氢铵，生成碳酸锰沉淀，同时生成硫酸铵溶液。
⑴低温焙烧，金属氧化物均转化为硫酸盐，二氧化锰与硫酸氢铵反应，转化为硫酸锰和氮气，根据电子得失守恒可知还有氨气生成，化学方程式为：
高温焙烧的温度为650℃，只有硫酸铁发生分解，生成三氧化硫气体和氧化铁，二氧化硅，氧化铁，硫酸钙等在水中溶解度都较小，所以“水浸”所得滤渣的主要成分除了SiO2外还含有，Fe2O3、CaSO4。
⑵从前面的分析知，硫酸铵低温分解成硫酸氢铵，高温则完全分解成气体，如果直接高温焙烧，则硫酸铵会完全分解，物质的量减少，二氧化锰不易转化为硫酸锰，导致金属元素的浸出率减小。
⑶根据萃取的化学方程式知，加入有机相将铜离子萃取到有机相中，反萃取时需要加酸使平衡逆向移动，生成铜离子，且为了不引入新的杂质，应加入的酸为稀H2SO4。
⑷沉钴时，pH=4时Co2+恰好沉淀完全，其浓度为c(Co2+)=1×10-5mol/L，此时c(H+)=1×10-4mol/L，根据Ksp((CoS)= 4×10-21有：
又Ka1(H2S)= 1×10-7，Ka2(H2S)= 1×10-13，将两级电离常数表达式相乘有：
前前面的数据带入，则有：
从流程图可知，CoS溶解时加入了过氧化氢、稀硫酸，依氧化还原的原理，生成了CoSO4和S，离子方程式为：
⑸沉锰时加入碳酸氢铵，生成碳酸锰、二氧化碳、硫酸铵等，过滤后滤液的主要成分为硫酸铵。从前面的分析知吸收液的主分成分也是硫酸铵，经过处理后可导入低温焙烧循环使用。
欢迎点赞 关注 留言