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(yī)藥、電焊條輔助原料等。工業(yè)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(guān)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(xì)粉的目的是_________________。

(2)“焙燒”時(shí)發(fā)生的主要反應(yīng)的化學(xué)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(yīng)的離子方程式為________；再調(diào)節(jié)溶液pH范圍為________將Al3+、Fe3+變?yōu)槌恋沓�去；再加�?/span>NH4F沉淀Ca2+、Mg2+，當(dāng)c(Ca2+)=1.0×10-5molL-1時(shí)，c(Mg2+)=______molL-1。

(4)碳化結(jié)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(huán)利用的物質(zhì)是__________。

(6)測(cè)定碳酸錳產(chǎn)品的純度。

稱取0.2500g碳酸錳產(chǎn)品于錐形瓶中，加25.00 mL磷酸，加熱，碳酸錳全部轉(zhuǎn)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(biāo)準(zhǔn)溶液滴定(反應(yīng)為：[Mn(PO4)2]3-+Fe2+=Mn2++Fe3++2)。重復(fù)操作3次，記錄數(shù)據(jù)如下表：

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

則產(chǎn)品的純度=____________，若滴定終點(diǎn)時(shí)俯視讀數(shù)，則測(cè)得的碳酸錳粗產(chǎn)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(yīng)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(chǎn)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(shí)發(fā)生反應(yīng)，由流程圖可知，MnCO3與NH4Cl反應(yīng)生成NH3、CO2、氯化錳等，其它金屬元素轉(zhuǎn)化為金屬氯化物；往浸出液中加入MnO2，將Fe2+氧化為Fe3+；再調(diào)節(jié)溶液pH范圍，將Fe3+、Al3+轉(zhuǎn)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(zhuǎn)化為MnCO3沉淀。

(1)混合研磨成細(xì)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(yīng)速率。答案為：增大接觸面積，提高反應(yīng)速率；

(2)“焙燒”時(shí)，MnCO3與NH4Cl反應(yīng)生成NH3、CO2、氯化錳等，發(fā)生的主要反應(yīng)的化學(xué)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(yīng)的離子方程式為MnO2＋2Fe2＋＋4H＋═Mn2＋＋2Fe3＋＋2H2O；再調(diào)節(jié)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(dāng)c(Ca2+)=1.0×10-5molL-1時(shí)，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(jié)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(qiáng)，Mn2+會(huì)轉(zhuǎn)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(chǎn)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(chǎn)生Mn(OH)2沉淀；

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

(6)測(cè)定碳酸錳產(chǎn)品的純度時(shí)，3次滴定操作中的第2次誤差過大，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)不能采用，由此可得出兩次有效滴定所用標(biāo)準(zhǔn)溶液的平均體積為=10.00mL，由反應(yīng)可得出如下關(guān)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(chǎn)品的純度==92.00%，若滴定終點(diǎn)時(shí)俯視讀數(shù)，則讀出的硫酸亞鐵銨標(biāo)準(zhǔn)溶液的體積偏小，測(cè)得的碳酸錳粗產(chǎn)品的純度偏低。答案為：92.00%；偏低。