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+2NH4ClMnCl2+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、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的范圍為_______，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+++4+2H+2[Mn(PO4)2]3++H2O充分進行；加入稍過量的硫酸銨，發生反應+N2↑+2H2O以除去；加入稀硫酸酸化，用2.00 mol·L110.00 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++2；用0.10 mol·L110.00 mL酸性K2Cr2O7溶液恰好除去過量的Fe2+。

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

②試樣中錳的質量分數為_______。

Answer 1

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

【解析】

本題考查無機化工流程，意在考查考生分析和解決化學問題的能力。（1）隨著溫度的升高，錳浸出率逐漸升高，但是500 ℃以后，錳浸出率增加緩慢，并且在500 ℃時，錳浸出率已超過95%。從節約能源的角度考慮，焙燒溫度取500 ℃即可；焙燒時間為60 min時錳浸出率較大，超過60 min錳浸出率趨于平緩，因此，實驗選擇最佳的焙燒時間為60 min；當氯化銨與菱錳礦粉質量比為1.10∶1時，錳浸出率已經很高，繼續增加氯化銨用量，錳浸出率提高不明顯，因此，氯化銨與菱錳礦粉最佳質量比為1.10∶1。（2）Fe3+和Al3+完全沉淀的pH分別是3.2、4.7，調節pH不能使Mn2+沉淀，所以pH的范圍是4.7≤pH<8.1。（3）根據流程，凈化除雜或焙燒后，Mn以＋2價形式存在，加入碳酸氫銨溶液，發生Mn2++2MnCO3↓+ CO2↑+H2O。（4）蒸發濃縮、冷卻結晶后得到的氯化銨可以循環使用。（5）①Cr2O72－具有強氧化性，能把Fe2＋氧化成Fe3＋，本省被還原成Cr3＋，然后采用化合價升降進行配平，離子反應方程式為：6Fe2+++14H+6Fe3++2Cr3++7H2O。②首先根據關系式6Fe2+~計算出過量的Fe2+為0.006 0 mol，然后得出與[Mn(PO4)2]3反應的Fe2+為0.020 0 mol0.006 0 mol=0.014 mol，根據關系式Mn2+~[Mn(PO4)2]3~Fe2+計算得出n(Mn2+)=0.014 mol，試樣中的m(Mn)=0.014 mol×55 g·mol1=0.77 g，故試樣中錳的質量分數為77%。