Question

【題目】菱錳礦的主要成分是MnCO3，還含有少量Fe、Al、Ca、Mg等元素。氯化銨焙燒菱錳礦制備高純度碳酸錳的工藝流程如下：

已知：①相關金屬離子［c0(Mn+)=0.1 mol/L］形成氫氧化物沉淀的pH范圍如下：

金屬離子	Al3+	Fe3+	Fe2+	Ca2+	Mn2+	Mg2+
開始沉淀的pH	3.8	1.5	6.3	10.6	8.8	9.6
沉淀完全的pH	5.2	2.8	8.3	12.6	10.8	11.6

②常溫下，CaF2、MgF2的溶度積常數分別為1.46×10－10、　7.42×10－11

回答下列問題：

(1) “焙燒”時發生的主要反應的化學方程式為__________。氣體X為________（填化學式），寫出它生活中的一種用途_______________。

(2)焙燒時溫度對錳浸出率的影響如圖所示。焙燒時適應溫度為_______________。

(3)浸出液“凈化除雜”過程如下：首先用MnO2將Fe2+氧化為Fe3+，再調節溶液的pH將Al3+、Fe3+變成沉淀除去，溶液的pH的范圍為____然后加入NH4F將Ca2+、Mg2+轉化為CaF2、MgF2沉淀除去，兩種沉淀共存時，溶液中 =________（所得結果保留兩位小數）。

(4)碳化結晶的原理(用離子方程式表示)： ______________________。

(5)將制得的高純度碳酸錳溶于過量稀硫酸后用惰性電極電解，在某極得到重要的無機功能材料MnO2，該電極的電極反應式為_________。

(6)在該工藝流程中可以循環使用的物質有__________。(填化學式)

Answer 1

【答案】MnCO3+2NH4ClMnCl2+2NH3↑+CO2↑+H2O CO2 人工降雨、肥料、降解塑料、滅火、碳酸飲料等 500℃ 5.2≤pH<8.8 1.97 Mn2++HCO3-+NH3=MnCO3+NH4+ Mn2+-2e- +2H2O=MnO2+4H+ NH4Cl、NH3

【解析】

菱錳礦的主要成分為MnCO3，加入氯化銨焙燒發生MnCO3+2NH4ClMnCl2+2NH3↑+CO2↑+H2O，產生的氣體為CO2和NH3、水蒸氣，Fe、Al、Ca、Mg等與NH4Cl反應會產生FeCl2、CaCl2、MgCl2、AlCl3，所以浸出液中含MnCl2、FeCl2、CaCl2、MgCl2、AlCl3等，結合表中離子的沉淀pH及信息可知，浸取液凈化除雜時加入少量MnO2氧化Fe2+為Fe3+，加氨水調pH，生成沉淀氫氧化鐵和氫氧化鋁，加入NH4F，除去Ca2+、Mg2+，凈化液加入碳酸氫銨碳化結晶過濾得到碳酸錳，

(1)NH4Cl分解為NH3、HCl，HCl與MnCO3反應得到MnCl2、CO2、H2O，由此寫出方程式；結合流程圖可確定X是CO2，根據CO2的性質判斷物質的用途；

(2)使錳浸出率達到最大值的最低溫度就是合適的溫度；

(3)MnO2在酸性條件下將Fe2+氧化為Fe3+；欲使Al3+、Fe3+變為沉淀除去，不使Mn2+沉淀溶液pH大于等于Al3+、Fe3+完全沉淀的pH而小于Mn2+開始沉淀的pH即可確定pH范圍；加入NH4F將Ca2+、Mg2+轉化為CaF2、MgF2沉淀除去，兩種沉淀共存時，溶液中從而可根據二者的溶度積常數計算；

(4)碳化結晶時， Mn2+、HCO3-、NH3發生復分解反應；

(5)陽極得到重要的無機功能材料MnO2，失電子發生氧化反應。

(6)在該工藝流程中可以循環使用的物質是加入的反應物，發生反應又產生該物質，結合反應流程分析判斷。

(1)NH4Cl分解為NH3、HCl，HCl與MnCO3反應得到MnCl2、CO2、H2O，反應方程式為MnCO3+2NH4ClMnCl2+2NH3↑+CO2↑+H2O；菱錳礦中的Fe、Al、Ca、Mg等與NH4Cl反應會產生FeCl2、CaCl2、MgCl2、AlCl3，所以浸出液中含MnCl2、FeCl2、CaCl2、MgCl2、AlCl3等，浸出液經凈化除雜后，向溶液中加入NH3H2O、NH4HCO3，反應產生MnCO3、NH4Cl，所以氣體X是CO2，氣體Y是NH3，CO2可用于人工降雨、肥料、降解塑料、滅火、碳酸飲料等；

(2)根據焙燒時溫度對錳浸出率的影響圖示可知：焙燒時適應溫度為500℃；

(3)MnO2在酸性條件下將Fe2+氧化為Fe3+，MnO2+4H++2Fe2+=Mn2++2Fe3++2H2O，欲使Al3+、Fe3+變為沉淀除去，而不使Mn2+沉淀溶液，溶液的pH應該大于或等于Al3+、Fe3+完全沉淀的pH而小于Mn2+開始沉淀的pH即可，根據沉淀的pH表格數據可知溶液pH范圍為5.2≤pH<8.8；加入NH4F將Ca2+、Mg2+轉化為CaF2、MgF2沉淀除去，兩種沉淀共存時，溶液中；

(4)碳化結晶時， Mn2+、HCO3-、NH3發生復分解反應，反應的離子方程式為：Mn2+-2e- +2H2O=MnO2+4H+；

(5)將制得的高純度碳酸錳溶于過量稀硫酸后用惰性電極電解，在陽極得到重要的無機功能材料MnO2，在陽極上，Mn2+失去電子變為MnO2。電極反應式為Mn2++2H2O-2e-=MnO2+4H+；

(6)菱鎂礦用NH4Cl溶解，在焙燒時產生NH3，在碳化結晶時向溶液中通入NH3，同時有反應產生NH4Cl，可見循環使用的物質有NH4Cl、NH3。