Question

【题目】菱锰矿的主要成分是MnCO3，还含有少量Fe、Al、Ca、Mg等元素。氯化铵焙烧菱锰矿制备高纯度碳酸锰的工艺流程如下：

已知：①相关金属离子［c0(Mn+)=0.1 mol/L］形成氢氧化物沉淀的pH范围如下：

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

②常温下，CaF2、MgF2的溶度积常数分别为1.46×10－10、　7.42×10－11

回答下列问题：

(1) “焙烧”时发生的主要反应的化学方程式为__________。气体X为________（填化学式），写出它生活中的一种用途_______________。

(2)焙烧时温度对锰浸出率的影响如图所示。焙烧时适应温度为_______________。

(3)浸出液“净化除杂”过程如下：首先用MnO2将Fe2+氧化为Fe3+，再调节溶液的pH将Al3+、Fe3+变成沉淀除去，溶液的pH的范围为____然后加入NH4F将Ca2+、Mg2+转化为CaF2、MgF2沉淀除去，两种沉淀共存时，溶液中 =________（所得结果保留两位小数）。

(4)碳化结晶的原理(用离子方程式表示)： ______________________。

(5)将制得的高纯度碳酸锰溶于过量稀硫酸后用惰性电极电解，在某极得到重要的无机功能材料MnO2，该电极的电极反应式为_________。

(6)在该工艺流程中可以循环使用的物质有__________。(填化学式)

Answer 1

【答案】MnCO3+2NH4ClMnCl2+2NH3↑+CO2↑+H2O CO2 人工降雨、肥料、降解塑料、灭火、碳酸饮料等 500℃ 5.2≤pH<8.8 1.97 Mn2++HCO3-+NH3=MnCO3+NH4+ Mn2+-2e- +2H2O=MnO2+4H+ NH4Cl、NH3

【解析】

菱锰矿的主要成分为MnCO3，加入氯化铵焙烧发生MnCO3+2NH4ClMnCl2+2NH3↑+CO2↑+H2O，产生的气体为CO2和NH3、水蒸气，Fe、Al、Ca、Mg等与NH4Cl反应会产生FeCl2、CaCl2、MgCl2、AlCl3，所以浸出液中含MnCl2、FeCl2、CaCl2、MgCl2、AlCl3等，结合表中离子的沉淀pH及信息可知，浸取液净化除杂时加入少量MnO2氧化Fe2+为Fe3+，加氨水调pH，生成沉淀氢氧化铁和氢氧化铝，加入NH4F，除去Ca2+、Mg2+，净化液加入碳酸氢铵碳化结晶过滤得到碳酸锰，

(1)NH4Cl分解为NH3、HCl，HCl与MnCO3反应得到MnCl2、CO2、H2O，由此写出方程式；结合流程图可确定X是CO2，根据CO2的性质判断物质的用途；

(2)使锰浸出率达到最大值的最低温度就是合适的温度；

(3)MnO2在酸性条件下将Fe2+氧化为Fe3+；欲使Al3+、Fe3+变为沉淀除去，不使Mn2+沉淀溶液pH大于等于Al3+、Fe3+完全沉淀的pH而小于Mn2+开始沉淀的pH即可确定pH范围；加入NH4F将Ca2+、Mg2+转化为CaF2、MgF2沉淀除去，两种沉淀共存时，溶液中从而可根据二者的溶度积常数计算；

(4)碳化结晶时， Mn2+、HCO3-、NH3发生复分解反应；

(5)阳极得到重要的无机功能材料MnO2，失电子发生氧化反应。

(6)在该工艺流程中可以循环使用的物质是加入的反应物，发生反应又产生该物质，结合反应流程分析判断。

(1)NH4Cl分解为NH3、HCl，HCl与MnCO3反应得到MnCl2、CO2、H2O，反应方程式为MnCO3+2NH4ClMnCl2+2NH3↑+CO2↑+H2O；菱锰矿中的Fe、Al、Ca、Mg等与NH4Cl反应会产生FeCl2、CaCl2、MgCl2、AlCl3，所以浸出液中含MnCl2、FeCl2、CaCl2、MgCl2、AlCl3等，浸出液经净化除杂后，向溶液中加入NH3H2O、NH4HCO3，反应产生MnCO3、NH4Cl，所以气体X是CO2，气体Y是NH3，CO2可用于人工降雨、肥料、降解塑料、灭火、碳酸饮料等；

(2)根据焙烧时温度对锰浸出率的影响图示可知：焙烧时适应温度为500℃；

(3)MnO2在酸性条件下将Fe2+氧化为Fe3+，MnO2+4H++2Fe2+=Mn2++2Fe3++2H2O，欲使Al3+、Fe3+变为沉淀除去，而不使Mn2+沉淀溶液，溶液的pH应该大于或等于Al3+、Fe3+完全沉淀的pH而小于Mn2+开始沉淀的pH即可，根据沉淀的pH表格数据可知溶液pH范围为5.2≤pH<8.8；加入NH4F将Ca2+、Mg2+转化为CaF2、MgF2沉淀除去，两种沉淀共存时，溶液中；

(4)碳化结晶时， Mn2+、HCO3-、NH3发生复分解反应，反应的离子方程式为：Mn2+-2e- +2H2O=MnO2+4H+；

(5)将制得的高纯度碳酸锰溶于过量稀硫酸后用惰性电极电解，在阳极得到重要的无机功能材料MnO2，在阳极上，Mn2+失去电子变为MnO2。电极反应式为Mn2++2H2O-2e-=MnO2+4H+；

(6)菱镁矿用NH4Cl溶解，在焙烧时产生NH3，在碳化结晶时向溶液中通入NH3，同时有反应产生NH4Cl，可见循环使用的物质有NH4Cl、NH3。