Question

【題目】工業(yè)上采用氨化銨焙燒菱錳礦制備高純度碳酸錳，工藝流程如下:

已知相關(guān)信息如下：

①菱錳礦的主要成分是MnCO3，還含少量Fe、Al、Ca、Mg等元素。

②氫氧化物沉淀的條件：Al3+、Fe3+完全沉淀的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”過程的主要反應(yīng):MnCO3+2NH4C1MnCl2+2NH3↑+CO2↑+H2O。

④常溫下，幾種難溶物的Ksp如下表所示:

難溶物	Mn(OH)2	MnCO3	CaF2	MgF2
Ksp	2.0×10-13	2.0×10-11	2.0×10-10	7.0×10-11

(1)分析圖1、圖2、圖3，最佳的焙燒溫度、焙燒時(shí)間、分別為_____、_____、_____、。

(2)“除雜“過程如下:

①已知幾種氧化劑氧化能力的強(qiáng)弱順序?yàn)?NH4)2S2O8>H2O2>Cl2>MnO2>Fe3+，則氧化劑X宜選擇_______(填字母)。

A. (NH4)2S2O8 B.MnO2 C.H2O2 D. Cl2

②調(diào)節(jié)pH時(shí)，pH可取的最低值為________。

③當(dāng)CaF2、MgF2 兩種沉淀共存時(shí)，若溶液中c(Ca2+) =1.0×10-5mol/L，則c(Mg2+) =_____mol/L。

(3)“沉錳”過程中，不用碳酸鈉溶液替代NH4HCO3溶液，可能的原因是____________。

(4)測(cè)定碳酸錳粗產(chǎn)品的純度。實(shí)驗(yàn)步驟:

①稱取0.5000g碳酸錳粗產(chǎn)品于300mL作錐形瓶中，加少量水濕潤(rùn)。再加25mL磷酸，移到通風(fēng)櫥內(nèi)加熱至240℃，停止加熱，立即加入2g硝酸銨，保溫，充分反應(yīng)后，粗產(chǎn)品中的碳酸錳全部轉(zhuǎn)化為Mn(PO4)2]3-，多余的硝酸銨全部分解。用氨氣趕盡錐形瓶?jī)?nèi)的氮氧化物，冷卻至室溫。

②將上述錐形瓶中的溶液加水稀釋至100mL，滴加2～3滴指示劑，然后用濃度為0.2000mol/L的硫酸亞鐵銨[(NH4)2Fe(SO4)2]標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定，發(fā)生的反應(yīng)為：

[Mn(PO4)2]3- +Fe2+=Mn2+ +Fe3+ +2PO43-。到達(dá)滴定終點(diǎn)時(shí)，消耗的硫酸亞鐵銨標(biāo)準(zhǔn)溶液的體積為20.00mL。

計(jì)算:碳酸錳粗產(chǎn)品的純度=________。

誤差分析:若滴定終點(diǎn)時(shí)發(fā)現(xiàn)滴定管尖嘴處產(chǎn)生了氣泡，則測(cè)得的碳酸錳粗產(chǎn)品的純度_____(填“偏高”“偏低”或“無(wú)影響”)。

Answer 1

【答案】 500 ℃ 60 min 1.1 B 4.7 3.5×10-6 碳酸鈉溶液中的c(OH-)較大，會(huì)產(chǎn)生Mn(OH)2沉淀 92.00% 偏低

【解析】菱錳礦的主要成分是MnCO3，還含少量Fe、Al、Ca、Mg等元素，與氯化銨混合研磨后煅燒的固體中含有氯化錳、四氧化三鐵、氧化鋁、氧化鈣和氧化鎂，加入鹽酸，浸出液中主要含有Al3+、Fe3+、Fe2+、Mn2+、Mg2+，經(jīng)過凈化后，在凈化液中加入碳酸氫銨，使錳離子沉淀，生成MnCO3，最后得到高純度MnCO3。

(1)根據(jù)圖1在500℃時(shí)錳的浸出率較高、根據(jù)圖2焙燒時(shí)間60min時(shí)錳的浸出率較高、根據(jù)圖3=1.1時(shí)錳的浸出率較高，因此最佳的焙燒溫度、焙燒時(shí)間、分別為500 ℃、60 min、1.1，故答案為：500 ℃；60 min；1.1；

(2)①根據(jù)幾種氧化劑氧化能力的強(qiáng)弱順序?yàn)?/span>(NH4)2S2O8>H2O2>Cl2>MnO2>Fe3+，為了不引入新的雜質(zhì)，氧化劑X宜選擇MnO2，故答案為：B；

②根據(jù)氫氧化物沉淀的條件：Al3+、Fe3+完全沉淀的pH分別為4.7、3.2；Mn2+、Mg2+開始沉淀的pH分別為8.1、9.1，調(diào)節(jié)pH時(shí)，主要是沉淀Fe3+ 、Al3+，不能影響Mn2+，故pH的最低值為4.7，故答案為：4.7；

③當(dāng)CaF2、MgF2兩種沉淀共存時(shí)，若溶液中c(Ca2+)=1.0×10-5mol/L，根據(jù)Ksp(CaF2)和Ksp(MgF2)可知，c (F-)==mol/L，則Ksp(MgF2)=c(Mg2+)×c2 (F-)，則c(Mg2+)== mol/L =3.5×10-6 mol/L，故答案為：3.5×10-6；

(3) 碳酸鈉溶液的堿性較強(qiáng)，c(OH-)較大，會(huì)產(chǎn)生Mn(OH)2沉淀，因此“沉錳”過程中，不用碳酸鈉溶液替代NH4HCO3溶液，故答案為：碳酸鈉溶液中的c(OH-)較大，會(huì)產(chǎn)生Mn(OH)2沉淀；

(4) 根據(jù)[Mn(PO4)2]3-+Fe2+=Mn2++Fe3++2PO43-可知，[Mn(PO4)2]3-的物質(zhì)的量與硫酸亞鐵銨的物質(zhì)的量相等，則[Mn(PO4)2]3-的物質(zhì)的量與硫酸亞鐵銨的物質(zhì)的量=0.2000mol/L×0.02L=0.004mol，根據(jù)錳元素守恒，0.5000g碳酸錳粗產(chǎn)品中碳酸錳的物質(zhì)的量=0.004mol，碳酸錳粗產(chǎn)品的純度=×100%=92.00%，若滴定終點(diǎn)時(shí)發(fā)現(xiàn)滴定管尖嘴處產(chǎn)生了氣泡，導(dǎo)致標(biāo)準(zhǔn)溶液的體積偏小，則[Mn(PO4)2]3-的物質(zhì)的量偏小，測(cè)得的碳酸錳粗產(chǎn)品的純度偏低，故答案為：92.00%；偏低。