Question

【題目】碳酸錳(MnCO3)是制造電信器材的軟磁鐵氧體，也用作脫硫的催化劑，瓷釉、涂料和清漆的顏料。工業上利用軟錳礦(主要成分是MnO2，還含有Fe2O3、CaCO3、CuO等雜質)制取碳酸錳的流程如下圖所示：

已知：還原焙燒主反應為2MnO2+C2MnO+CO2↑。

可能用到的數據如下：

根據要求回答下列問題

(1)在實驗室進行步驟A操作，需要用到的儀器名稱為___________。

(2)步驟C中得到的濾渣主要成分是CaSO4和___________，步驟D中還原劑與氧化劑的物質的量之比為___________。

(3)步驟E中調節pH的范圍為___________，其目的是______________________。

(4)步驟G發生的離子方程式為_________________________________，若Mn2+沉淀完全時測得溶液中CO32－的濃度為2.2×10－6mol/L，則Ksp(MnCO3)=___________。

(5)實驗室可以用Na2S2O8溶液來檢驗Mn2+是否完全發生反應，原理為Mn2++S2O82－+H2O→H++SO42－+MnO4－，確認Mn2+離子已經完全反應的現象是___________。

Answer 1

【答案】坩堝 Cu 2：1 3.7≤pH<8.3(或3.7<pH<8.3) 使Fe3+轉化為Fe(OH)3而除去，不影響Mn2+ Mn2++2HCO3-=MnCO3↓+CO2↑+H2O 2.2×10-11 取少量試樣于試管中，滴入Na2S2O3溶液，溶液不變為紫色

【解析】

(1)還原焙燒的條件是高溫，故選用耐高溫的儀器；

(2)焙燒后的固體中含有MnO、Fe、CaCO3、Cu等，硫酸浸取時MnO、Fe與硫酸反應生成MnSO4、FeSO4溶液，Cu不反應，CaCO3轉化為微溶性的CaSO4，過濾得到濾液中含MnSO4、FeSO4；濾渣中含CaSO4、Cu；步驟D中MnO2和Fe2+發生氧化還原反應生成Fe3+和Mn2+，根據離子方程式計算比例關系；

(3)步驟E中調節pH目的是使雜質Fe3+轉化為Fe(OH)3沉淀，而Mn2+留在溶液中；根據目的確定調整pH的范圍；

(4)步驟G是使溶液中的Mn2+與加入的NH4HCO3轉化為MnCO3沉淀；據此結合電荷守恒書寫離子方程式； 當溶液中離子濃度小于等于1×10-5mol/L時，認為離子沉淀完全；

(5)若Mn2+離子已經完全反應,就不再發生Mn2++S2O82-+H2O→H++SO42－+MnO4-反應，不會產生紫色的MnO4-。

(l)固體焙燒條件是高溫，所以應在坩堝中進行；

(2)步驟C中得到的濾渣是不溶于水的Cu和微溶的CaSO4，步驟D中加入MnO2氧化溶液中的Fe2+，其中Mn從+4價降為+2價，Fe從+2價升高為+3價，Fe2+是還原劑，根據電子守恒，還原劑與氧化劑的物質的量之比為2：1；

(3)由圖表可知為了使Fe2+轉化為Fe(OH)3而除去，而不影向Mn2+，步驟E中調節pH的范圍為大于Fe(OH)3的沉淀的pH而小于Mn2+形成沉淀需要的pH，即選擇條件為：3.7≤pH<8.3(或3.7<pH<8.3)；

(4)在含有Mn2+的溶液中加入NH4HCO3生成MnCO3沉淀，發生反應的離子方程式為Mn2++2HCO3-=MnCO3↓+CO↑+H2O，Mn2+沉淀完全時其濃度為1×10-5mol/L，溶液中CO32-的濃度為2.2×10-6mol/L，則Ksp(MnCO3)=(1×10-5mol/L)×(2.2×10-6mol/L)=2.2×10-11；

(5)實驗室可以用Na2S2O8溶液來檢驗Mn2+是否完全發生反應，原理為Mn2++S2O82-+H2O→H++SO42－+MnO4-。取少量試樣于試管中，向其中滴入Na2S2O3溶液，溶液不變為紫色，就可確認Mn2+離子已經完全反應。