ВсОШ 2025, 9 класс, №9-1
Марганец встречается в природе лишь в виде его соединений. Наиболее богатая марганцем руда содержит минералы пиролюзит, манганит и браунит.
Вопрос . Напишите формулы этих минералов, если известно, что в состав пиролюзита входят два элемента, а общее число электронов в структурной единице соединения равно ; манганит и браунит состоят из трёх элементов, причём два из них общие в обоих минералах. Молярная масса манганита в раз больше молярной массы пиролюзита, а молярная масса браунита в раз больше молярной массы пиролюзита. В брауните марганец содержится в двух степенях окисления, а его массовое содержание – %. Один из широко применяемых методов переработки таких руд – это сернисто– кислотный способ, целью которого является перевод различных нерастворимых в воде форм оксидов и силикатов марганца в растворимый сульфат. Основным реагентом является газообразный отход обжига медно-цинковых сульфидных руд
– газ . При взаимодействии с пиролюзитом образуется соль марганца Б, в структурной единице которой содержится более электронов (р-ция , с течением времени или при нагреве переходящая в сульфат с выделением газа (р-ция . С накоплением соли Б начинает протекать её побочная реакция с пиролюзитом (р-ция . Если в руде содержался манганит, то на первой стадии вместе с описанной выше солью Б образуется ещё одна соль марганца - (р-ция , которая с течением времени на воздухе окисляется до сульфата (р-ция . Другой распространённый вид руд – карбонатные марганцевые руды, содержащие родохрозит и манганокальциты. Использование в сернисто-кислотном способе родохрозита приводит к образованию соли без изменения степеней окисления элементов (р-ция . В структурной единице родохрозита содержится электронов.
Пиролюзит.
Обоснование и расчёты приведите в полном решении.
Манганит.
Браунит.
Вопрос 2. Запишите уравнения реакций – .
Для бедных карбонатных руд, содержащих карбонаты марганца, кальция и железа, существует другой способ химического обогащения, основанный на различной растворимости этих соединений. В основе метода лежит обработка водной суспензии руд диоксидом углерода под давлением.
Ответ приведите в полном решении в конце задачи.
Вопрос 3. Напишите в общем виде краткое ионное уравнение перехода в раствор карбоната двухвалентного металла в описанных условиях (р-ция . Рассмотрим процесс химического обогащения карбонатной марганцевой руды состава % , % , % по массе. Для обогащения взяли кг руды и обработали его в автоклаве литрами воды при давлении атмосфер (автоклав – химический реактор, работающий под давлением). В результате карбонаты кальция и марганца перешли в раствор полностью, а карбонат железа - частично. Не перешли в раствор и остались в виде осадка (шлама) и остальные минералы руды. Полученный в автоклаве раствор отделили от шлама; его масса составила кг. На следующем этапе давление в ёмкости с раствором уменьшили до атм. При этом из раствора выпали в осадок большая часть растворённого марганца и некоторая часть железа в виде карбонатов. После фильтрования получили кг конечного раствора и осадок карбоната марганца с примесью карбоната железа (концентрат) с массовым содержанием карбоната марганца %.
Ответ приведите в полном решении в конце задачи.
Вопрос . Рассчитайте молярные концентрации катионов , и в исходном растворе, приняв его объём равным объёму воды.
Концентрация Mn²⁺, моль/л ( знака после запятой).
Обоснование и расчёты приведите в полном решении.
Концентрация Ca²⁺, моль/л ( знака после запятой).
Концентрация Fe²⁺, моль/л ( знаков после запятой).
Вопрос . Определите массу образовавшегося концентрата и степень извлечения марганца из руды: (карбоната марганца в концентрате)
(карбоната марганца в руде) Масса концентрата, г (до десятых).
Обоснование и расчёты приведите в полном решении.
Степень извлечения марганца, % (до десятых).
Полное решение задачи.
Введите решение текстом и/или прикрепите фото или PDF.
Ответ
Решение
. Внимательное чтение второго абзаца позволяет установить, что речь идёт об оксидных и силикатных минералах марганца. Пиролюзит – это диоксид марганца , что можно подтвердить подсчётом числа электронов: + = . Используя приведённое в условии соотношение молярных масс, получим, что M(манганит) = = г/моль, что соответствует соединению (допустима запись . Аналогичным образом вычислим молярную массу браунита: M(браунит) = = г/моль. Масса марганца в этом веществе составляет = г, что соответствует атомам марганца. На кислород и ещё один неизвестный элемент приходится остаток – = г/моль. Поочерёдно вычитая атомы кислорода и анализируя остаток, можно установить, что формула браунита или . Вещество содержит марганец в степенях окисления и , что удовлетворяет условию.
. При обжиге сульфидных руд образуется . Его реакция с могла бы дать сульфат, однако сульфат марганца(II) содержит менее электронов; кроме того, сульфат образуется уже на следующей стадии. При этом неизвестная соль должна реагировать с диоксидом марганца. Тогда это – дитионат марганца, дающий сульфат марганца при разложении или реакции с . Реакция с участием оценивается в баллов. Соли марганца в степени окисления неустойчивы, поэтому в реакции диоксида серы с манганитом стоит ожидать образования солей марганца и . Однако марганец(IV), как следует из предыдущих реакций, даёт с дитионат. Тогда в реакции с манганитом образуются и . Сульфит, в свою очередь, может быть окислен до сульфата. Родохрозит – карбонат марганца . Его реакция с приведёт к образованию сульфита и выделению углекислого газа.
Уравнения реакций:
. При взаимодействии водной суспензии нерастворимого карбоната с углекислым газом происходит образование растворимых гидрокарбонатов:
. Рассчитаем количество каждого карбоната в кг руды: =329/115=2.861моль =230/116=1.983моль моль В раствор перешло моль , моль и некоторое количество , которое мы обозначим за . Согласно уравнению реакции , это привело к связыванию + + моль . Масса раствора увеличилась на – = г. Эта масса включает г , г , г и + + г , то есть:
Откуда = моль. Согласно реакции , количество карбонатов, перешедшее в начальный раствор, равно количеству катионов этих металлов, следовательно: = = моль/л, = = моль/л, = = моль/л.
. Пусть при сбрасывании давления из раствора выделилось моль и моль . Тогда масса образовавшегося концентрата составит m(конц.) = .
С другой стороны, масса раствора уменьшилась на
Согласно реакции , эта масса включает массы выпавших в осадок карбонатов и массу выделившегося , которая равна + г:
Решая систему уравнений, получаем = моль и = моль. Масса концентрата составит: m(конц.) = г. Степень извлечения марганца из руды составит: