《2026年学易优高考二轮总复习化学》

3. (2025·山东卷)采用两段焙烧—水浸法从铁锰氧化矿(主要含$Fe_2O_3$、$MnO_2$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，$(NH_4)_2SO_4$低温分解生成$NH_4HSO_4$，高温则完全分解为气体；$Fe_2(SO_4)_3$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。$MnO_2$与$NH_4HSO_4$反应转化为$MnSO_4$时有$N_2$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$SiO_2$外还含有________(填化学式)。
(2)在$(NH_4)_2SO_4$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$Cu^{2+}$的反应为：$2HR(有机相)+Cu^{2+}(水相)\rightleftharpoons CuR_2(有机相)+2H^+(水相)$。“反萃取”时加入的试剂为(填化学式)。
(4)“沉钴”中，$pH=4$时$Co^{2+}$恰好沉淀完全$[c(Co^{2+})=1×10^{-5}mol·L^{-1}]$，则此时溶液中$c(H_2S)=$________$mol·L^{-1}$。已知：$K_{a1}(H_2S)=1×10^{-7}$，$K_{a2}(H_2S)=1×10^{-13}$，$K_{sp}(CoS)=4×10^{-21}$。$CoS$“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)循环利用。

答案：
(1)$3MnO_{2} + 3NH_{4}HSO_{4}\begin{matrix} \underline{\underline{低温焙烧}} \\ \end{matrix}3MnSO_{4} + N_{2}\uparrow + 6H_{2}O\uparrow + NH_{3}\uparrow$ $Fe_{2}O_{3}、CaSO_{4}$
(2)减小
(3)$H_{2}SO_{4}$
(4)$4×10^{-4}$ $CoS + H_{2}O_{2} + 2H^{+}=S + Co^{2 + } + 2H_{2}O$
(5)低温焙烧