Question

【題目】工業采用氯化銨焙燒菱錳礦制備高純碳酸錳的流程如圖所示：

已知：①菱錳礦的主要成分是MnCO3，其中含Fe、Ca、Mg、Al等元素。

②Al3＋、Fe3＋沉淀完全的pH分別為4.7、3.2，Mn2＋、Mg2＋開始沉淀的pH分別為8.1、9.1。

③焙燒過程中主要反應為MnCO3＋2NH4Cl MnCl2＋2NH3↑＋CO2↑＋H2O。

(1)結合圖1、2、3，分析焙燒過程中最佳的焙燒溫度、焙燒時間、m(NH4Cl)/m(菱錳礦粉)分別為____________、____________、____________。

(2)對浸出液凈化除雜時，需先加入MnO2將Fe2＋轉化為Fe3＋，再調節溶液pH的范圍__，將Fe3＋和Al3＋變為沉淀而除去，然后加入NH4F將Ca2＋、Mg2＋變為氟化物沉淀除去。

(3)“碳化結晶”步驟中，加入碳酸氫銨時反應的離子方程式為____。

(4)上述流程中可循環使用的物質是________。

(5)現用滴定法測定浸出液中Mn2＋的含量。實驗步驟：稱取1.000 g試樣，向其中加入稍過量的磷酸和硝酸，加熱使反應2Mn2＋＋NO3-＋4PO43-＋2H＋2[Mn(PO4)2]3－＋NO2-＋H2O充分進行并除去多余的硝酸；加入稍過量的硫酸銨，發生反應NO2-＋NH4+===N2↑＋2H2O以除去NO2-；加入稀硫酸酸化，用2.00 mol·L－110.00 mL硫酸亞鐵銨標準溶液進行滴定，發生的反應為[Mn(PO4)2]3－＋Fe2＋===Mn2＋＋Fe3＋＋2PO43-；用0.10 mol·L－110.00 mL酸性K2Cr2O7溶液恰好除去過量的Fe2＋。

①酸性K2Cr2O7溶液與Fe2＋反應(還原產物是Cr3＋)的離子方程式為___________。

②試樣中錳的質量分數為________。

Answer 1

【答案】500 ℃ 60 min 1.10 4.7≤pH<8.1 Mn2＋＋2HCO3-===MnCO3↓＋CO2↑＋H2O NH4Cl 6Fe2＋＋Cr2O72-＋14H＋===6Fe3＋＋2Cr3＋＋7H2O 77%

【解析】

(1)根據圖像分析，焙燒溫度在500 ℃以上、焙燒時間在60 min以上、在1.1以上，錳浸出率超過90% ；

(2)凈化除雜的目的是將Fe3＋和Al3＋變為沉淀除去，并且保證Mn2＋不能沉淀；

(3)“碳化結晶”步驟中，碳酸氫銨與錳離子反應生成碳酸錳沉淀和二氧化碳氣體；

(4)根據流程圖分析可循環使用的物質；

(5) ①根據得失電子守恒書寫酸性K2Cr2O7溶液與Fe2＋反應的離子方程式；

②根據關系式Mn2＋～[Mn(PO4)2]3－～Fe2＋計算錳的質量分數；

(1)根據圖像分析，焙燒溫度在500 ℃以上、焙燒時間在60 min以上、在1.1以上，錳浸出率超過90% ，所以焙燒過程中最佳的焙燒溫度、焙燒時間、分別為500 ℃、60 min、 1.10；

(2)凈化除雜的目的是將Fe3＋和Al3＋變為沉淀除去，并且保證Mn2＋不能沉淀，所以調節溶液pH的范圍為4.7≤pH<8.1；

(3)“碳化結晶”步驟中，碳酸氫銨與錳離子反應生成碳酸錳沉淀和二氧化碳氣體，反應離子方程式是Mn2＋＋2HCO3-===MnCO3↓＋CO2↑＋H2O；

(4)根據流程圖，可循環使用的物質是NH4Cl；

(5) ①根據得失電子守恒，酸性K2Cr2O7溶液與Fe2＋反應的離子方程式是6Fe2＋＋Cr2O72-＋14H＋===6Fe3＋＋2Cr3＋＋7H2O；

②Cr2O72-的物質的量是0.10 mol·L－1×0.01L=0.001mol，反應6Fe2＋＋Cr2O72-＋14H＋===6Fe3＋＋2Cr3＋＋7H2O消耗Fe2＋的物質的量是0.006mol， [Mn(PO4)2]3－＋Fe2＋===Mn2＋＋Fe3＋＋2PO43-消耗Fe2＋的物質的量是2.00 mol·L－1×0.01L－0.006mol=0.014mol，根據Mn2＋～[Mn(PO4)2]3－～Fe2＋，可知Mn2＋的物質的量是0.014mol，錳的質量分數為 。