Question

【題目】碳酸錳是制造電信器材軟磁鐵氧體、合成二氧化錳和制造其它錳鹽的原料，用于醫藥、電焊條輔助原料等。工業上用氯化銨焙燒菱錳礦粉制備高純度碳酸錳的工藝流程如下：

已知：①菱錳礦粉的主要成分是MnCO3，還含少量Fe、Al、Ca、Mg等元素。

②相關金屬Mn+離子濃度c(Mn+)=0.1 mol L -1，形成M(OH)n沉淀的pH范圍如下：

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

③常溫下，Ksp(CaF2) =1.46×10-10，Ksp(MgF2) = 7.30×10-11

回答下列問題：

(1)混合研磨成細粉的目的是_________________。

(2)“焙燒”時發生的主要反應的化學方程式為_____________。

(3)浸出液“凈化除雜”過程如下：首先加入MnO2將Fe2+氧化為Fe3+，反應的離子方程式為________；再調節溶液pH范圍為________將Al3+、Fe3+變為沉淀除去；再加入NH4F沉淀Ca2+、Mg2+，當c(Ca2+)=1.0×10-5molL-1時，c(Mg2+)=______molL-1。

(4)碳化結晶過程中不能用(NH4)2CO3溶液代替NH4HCO3溶液可能的原因是_________。

(5)在操作流程中可以循環利用的物質是__________。

(6)測定碳酸錳產品的純度。

稱取0.2500g碳酸錳產品于錐形瓶中，加25.00 mL磷酸，加熱，碳酸錳全部轉化為[Mn(PO4)2]3-，冷卻至室溫。加水稀釋至50 mL，滴加2～3滴指示劑，然后用濃度為0.2000 mol·L-1的硫酸亞鐵銨[(NH4)2Fe(SO4)2]標準溶液滴定(反應為：[Mn(PO4)2]3-+Fe2+=Mn2++Fe3++2)。重復操作3次，記錄數據如下表：

滴定 次數	0.2000mol·L-1的硫酸亞鐵銨標準溶液讀數(mL)
	滴定前	滴定后
1	0.10	10.20
2	0.22	11.32
3	1.05	10.95

則產品的純度=____________，若滴定終點時俯視讀數，則測得的碳酸錳粗產品的純度__________。(填“偏高”、“偏低”或“無影響”)。

Answer 1

【答案】增大接觸面積，提高反應速率 MnCO3＋2NH4Cl MnCl2＋2NH3↑＋CO2↑＋H2O MnO2＋2Fe2＋＋4H＋═Mn2＋＋2Fe3＋＋2H2O 5.2≤pH＜8.8 5×10-6 碳酸根離子水解程度大，碳酸銨溶液中c(OH-)較大，易產生Mn(OH)2沉淀 NH4Cl 92.00% 偏低

【解析】

菱錳礦粉的主要成分是MnCO3，還含少量Fe、Al、Ca、Mg等元素，加入氯化銨混合研磨后、焙燒，此時發生反應，由流程圖可知，MnCO3與NH4Cl反應生成NH3、CO2、氯化錳等，其它金屬元素轉化為金屬氯化物；往浸出液中加入MnO2，將Fe2+氧化為Fe3+；再調節溶液pH范圍，將Fe3+、Al3+轉化為氫氧化物沉淀；再加入NH4F沉淀Ca2+、Mg2+；最后加碳酸氫銨，將Mn2+轉化為MnCO3沉淀。

(1)混合研磨成細粉，可增大固體顆粒間的接觸，從而得出目的是增大接觸面積，提高反應速率。答案為：增大接觸面積，提高反應速率；

(2)“焙燒”時，MnCO3與NH4Cl反應生成NH3、CO2、氯化錳等，發生的主要反應的化學方程式為MnCO3＋2NH4ClMnCl2＋2NH3↑＋CO2↑＋H2O。答案為：MnCO3＋2NH4ClMnCl2＋2NH3↑＋CO2↑＋H2O；

(3)浸出液“凈化除雜”過程如下：首先加入MnO2將Fe2+氧化為Fe3+，而MnO2被還原為Mn2+，反應的離子方程式為MnO2＋2Fe2＋＋4H＋═Mn2＋＋2Fe3＋＋2H2O；再調節溶液pH范圍，讓Al3+、Fe3+全部生成沉淀，而Ca2+、Mg2+不生成沉淀，所以pH范圍為5.2≤pH＜8.8；再加入NH4F沉淀Ca2+、Mg2+，當c(Ca2+)=1.0×10-5molL-1時，c(Mg2+)===5×10-6molL-1。答案為：MnO2＋2Fe2＋＋4H＋═Mn2＋＋2Fe3＋＋2H2O；5.2≤pH＜8.8；5×10-6；

(4)碳化結晶過程中不能用(NH4)2CO3溶液代替NH4HCO3溶液，主要從溶液的堿性強，Mn2+會轉化為錳的氫氧化物角度分析，可能的原因是碳酸根離子水解程度大，碳酸銨溶液中c(OH-)較大，易產生Mn(OH)2沉淀。答案為：碳酸根離子水解程度大，碳酸銨溶液中c(OH-)較大，易產生Mn(OH)2沉淀；

(5)在操作流程中，反應物中加入了NH4Cl，分離濾液和濾餅時又獲得了氯化銨，所以可以循環利用的物質是NH4Cl。 答案為：NH4Cl；

(6)測定碳酸錳產品的純度時，3次滴定操作中的第2次誤差過大，實驗數據不能采用，由此可得出兩次有效滴定所用標準溶液的平均體積為=10.00mL，由反應可得出如下關系式：MnCO3——(NH4)2Fe(SO4)2，n(MnCO3)=n[(NH4)2Fe(SO4)2]= 0.2000 mol·L-1×0.010L=2×10-3mol，則產品的純度==92.00%，若滴定終點時俯視讀數，則讀出的硫酸亞鐵銨標準溶液的體積偏小，測得的碳酸錳粗產品的純度偏低。答案為：92.00%；偏低。