Question

【题目】磁性材料产业是21世纪各国竞相发展的高科技支柱产业之一，磁性材料广泛用于电子信息、军事技术等领域。碳酸锰主要用于制备软磁铁氧体，工业上用氯化铵焙烧锰矿粉制备高纯度碳酸锰的工艺流程如下：

已知：①锰矿粉的主要成分是MnCO3，还含少量Fe、Al、Ca、Mg等元素。

②相关金属Mn+离子c(Mn+)＝0.1molL -1形成M(OH)n沉淀的pH范围如下：

金属离子	Fe3+	Al3+	Fe2+	Mg2+	Ca2+	Mn2+
开始沉淀的pH	1.5	3.8	6.3	9.6	10.6	8.8
沉淀完全的pH	2.8	5.2	8.3	11.6	12.6	10.8

回答下列问题：

（1）“焙烧”时发生的主要反应的化学方程式为___。

（2）浸出液“净化除杂”过程如下：①加入MnO2将Fe2+氧化为Fe3+；②__将Al3+、Fe3+变为沉淀除去；③加入NH4F将__离子沉淀除去。写出反应①的离子方程式为___；

（3）碳化结晶时，反应的离子方程式为___。

（4）碳化结晶过程中不能用碳酸铵溶液代替碳酸氢铵溶液可能的原因是__。流程中能循环利用的物质除了氯化铵之外还有__。

（5）测定碳酸锰产品的纯度。

称取0.5000g碳酸锰产品于锥形瓶中，加25.00mL磷酸，加热，碳酸锰全部转化为[Mn(PO4)2]3-，冷却至室温。加水稀释至100mL，滴加2～3滴指示剂，然后用浓度为0.2000mol·L-1的硫酸亚铁铵[(NH4)2Fe(SO4)2]标准溶液滴定（反应为：[Mn(PO4)2]3- +Fe2+＝Mn2+ +Fe3++2PO43-）。重复操作3次，记录数据如下表：

滴定次数	0.2000mol·L-1的硫酸亚铁铵标准溶液读数（mL）
	滴定前	滴定后
1	0.10	20.20
2	1.32	21.32
3	1.05	20.95

则产品的纯度=__，若滴定终点时发现滴定管尖嘴处产生了气泡，则测得的碳酸锰粗产品的纯度__(填“偏高”“偏低”或“无影响”)。

Answer 1

【答案】MnCO3＋2NH4ClMnCl2＋2NH3↑＋CO2↑＋H2O 调节溶液的pH Ca2+、Mg2+ MnO2＋2Fe2＋＋4H＋＝Mn2＋＋2Fe3＋＋2H2O Mn2＋＋2HCO3－MnCO3＋CO2↑＋H2O 碳酸根离子水解程度大，碳酸铵溶液中c(OH-)较大，易产生Mn(OH)2沉淀 CO2 92.00% 偏低

【解析】

菱锰矿的主要成分是MnCO3，还含少量Fe、Al、Ca、Mg等元素，与氯化铵混合研磨后煅烧的固体中含有氯化锰、四氧化三铁、氧化铝、氧化钙和氧化镁，加入盐酸，浸出液中主要含有Al3+、Fe3+、Fe2+、Mn2+、Mg2+，经过净化后，在净化液中加入碳酸氢铵，使锰离子沉淀，生成MnCO3，最后得到高纯度MnCO3。根据此分析进行解答。

（1）“焙烧”过程的主要反应为碳酸锰与氯化铵发生反应，方程式为MnCO3＋2NH4ClMnCl2＋2NH3↑＋CO2↑＋H2O。

（2）已知Al3+、Fe3+完全沉淀的pH分别为5.2、2.8，不能影响Mn2+，故使用调节pH的方法来除去铝离子和铁离子。加入NH4F会生成CaF2、MgF2可用来除去Ca2+、Mg2+。①中MnO2将Fe2+氧化为Fe3+，自身反应为Mn2+，故离子方程式为MnO2＋2Fe2＋＋4H＋＝Mn2＋＋2Fe3＋＋2H2O。

（3）碳化结晶时Mn2+与碳酸氢根反应生成碳酸锰，离子方程式为：Mn2＋＋2HCO3－MnCO3＋CO2↑＋H2O。

（4）碳酸钠溶液的碱性较强，c(OH-)较大，会产生Mn(OH)2沉淀，因此“沉锰”过程中，不用碳酸钠溶液替代NH4HCO3溶液。根据以上分析可知流程中能循环利用的物质除了氯化铵之外还有CO2。

（5）根据[Mn(PO4)2]3-+Fe2+＝Mn2+ +Fe3++2PO43-可知，[Mn(PO4)2]3-的物质的量与硫酸亚铁铵的物质的量相等，则[Mn(PO4)2]3-的物质的量与硫酸亚铁铵的物质的量=0.2000mol/L×0.02L=0.004mol，根据锰元素守恒，0.5000g碳酸锰粗产品中碳酸锰的物质的量=0.004mol，碳酸锰粗产品的纯度=×100%=92.00%。若滴定终点时发现滴定管尖嘴处产生了气泡，导致标准溶液的体积偏小，则[Mn(PO4)2]3-的物质的量偏小，测得的碳酸锰粗产品的纯度偏低。