Question

【題目】工業(yè)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，其余為Fe、Ca、Mg、Al等元素。

②部分陽離子沉淀時溶液的pH：

離子	Al3+	Fe3+	Ca2+	Mn2+	Mg2+
開始沉淀的pH	4.1	2.2	10.6	8.1	9.1
沉淀完全的pH	4.7	3.2	13.1	10.1	11.1

③焙燒過程中主要反應為MnCO3+2NH4ClMnCl2+2NH3↑+CO2↑+H2O。

（1）結合如圖1、2、3，分析焙燒過程中最佳的焙燒溫度、焙燒時間、分別為___、___、___。

如圖1焙燒溫度對錳浸出率的影響	如圖2焙燒時間與錳浸出率的關系	如圖3氯化銨與菱錳礦粉質量比對錳浸出率的影響

（2）對浸出液凈化除雜時，需先加入MnO2，作用是____，再調節(jié)溶液pH的范圍為___，將Fe3+和Al3+變?yōu)槌恋矶�除去，然后加�?/span>NH4F將Ca2+、Mg2+變?yōu)榉�化物沉淀除去�?/span>

（3）上述流程中可循環(huán)使用的物質是_____（填化學式）。

（4）現用滴定法測定產品中錳的含量。實驗步驟：稱取4.000g試樣，向其中加入稍過量的磷酸和硝酸，加熱使產品中的MnCO2完全轉化為[Mn(PO4)2]3-（其中NO3-轉化為NO2-）；加入稍過量的硫酸銨，發(fā)生反應NO2-+NH4+═N2↑+2H2O以除去NO2-；加入稀硫酸酸化，用60.00mL0.50mol·L-1硫酸亞鐵銨標準溶液進行滴定，發(fā)生的反應為[Mn(PO4)2]3-+Fe2+═Mn2++Fe3++2PO43-，用5.00mL0.50mol·L-1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_______。

②試樣中錳的質量分數為____。

Answer 1

【答案】500℃ 60min 1.10 將Fe2+氧化為Fe3+ 4.7≤pH<8.1 NH4Cl 6Fe2++Cr2O72-+14H+═6Fe3++2Cr3++7H2O 20.625%

【解析】

根據信息，菱鎂礦中主要成分是MnCO3，還含有Fe、Ca、Mg、Al等元素，在加入氯化銨后焙燒，然后酸浸，主要得到MnCl2，還含有Fe、Ca、Mg、Al等元素的雜質，凈化除雜，根據信息②確認除去哪些元素，碳化結晶中，發(fā)生Mn2＋＋2HCO3－=MnCO3↓＋CO2↑＋H2O，最后過濾、洗滌、干燥得到碳酸錳產品；

（1）圖1錳的浸出率隨溫度的升高而增大，但500℃以后增大變化不大，最佳焙燒溫度為500℃；根據圖2，隨著時間增大，錳的浸出率增大，但60min后增大變化不大，因此焙燒時間最佳為60min；同理最佳氯化銨與菱錳礦質量的比值為1.10；

（2）根據菱錳礦含有的成分，酸浸后得到Mn2＋，以及含有Fe、Ca、Mg、Al等元素，根據部分陽離子沉淀時溶液的pH，對浸出液凈化除雜，先加MnO2，利用MnO2的氧化性，將Fe2＋氧化成Fe3＋，便于通過調節(jié)pH而除去；調節(jié)pH，除去的是Fe3＋和Al3＋，不能使Mn2＋沉淀，因此調節(jié)pH的范圍是4.7≤pH<8.1；

（3）根據流程，NH4Cl可以循環(huán)使用；

（4）①利用K2Cr2O7的強氧化性將Fe2＋氧化，其離子反應方程式為6Fe2＋+Cr2O72－+14H＋＝6Fe3＋+2Cr3＋+7H2O；

②根據題意，建立關系式為6MnCO3～6[Mn(PO4)2]3－～6Fe2＋，過量的Fe2＋被K2Cr2O7滴定，因此與[Mn(PO4)2]3－反應的Fe2＋物質的量為(60×10－3 L×0.5mol·L－1－5×10－3 L×0.5mol·L－1×6)，根據關系式，推出Mn元素的質量為(60×10－3 L×0.5mol·L－1－5×10－3 L×0.5mol·L－1×6)×55g·mol－1，即Mn元素的質量分數為(60×10－3 L×0.5mol·L－1－5×10－3 L×0.5mol·L－1×6)×55g·mol－1/4.000g×100%=20.625%。