Question

【题目】某地菱锰矿的主要成分为MnCO3，还含有少量的FeCO3、CaCO3、Al2O3等杂质。工业上以菱锰矿为原料制备高纯度碳酸锰的流程如图所示：

已知：MnCO3+2NH4Cl=MnCl2+CO2↑+2NH3↑+H2O．

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

金属离子	Mn2+	Fe2+	Fe3+	Al3+
开始沉淀的pH	8.1	6.3	1.5	3.4
沉淀完全的pH	10.1	8.3	2.8	4.7

（1）焙烧时温度对锰浸取率的影响如图。焙烧时适宜的温度为___________左右；800℃以上锰的浸取率偏低，可能的原因是___________。

（2）净化包含三步：①加入少量MnO2，添加少量MnO2的作用是____________。发生反应的离子方程式为___________。

②加氨水调pH，溶液的pH范围应调节为___________～8.1之间。生成的沉淀主要是___________。

③加入MnF2，沉淀除去Ca2+，若溶液酸度过高，Ca2+沉淀不完全，原因是___________。

（3）碳化结晶中生成MnCO3的离子方程式为____________。

Answer 1

【答案】500℃ 温度过高，NH4Cl分解导致与MnCO3的反应不彻底（或MnCO3分解发生其他副反应；或MnCl2挥发导致Mn损失；或高温下锰被氧化成高价态造成浸取率低；或高温使固体烧结，固体表面积减小等） 将Fe2+氧化为Fe3+ MnO2＋2Fe2＋＋4H＋===Mn2＋＋2Fe3＋＋2H2O 4.7 Fe（OH）3、Al（OH）3 F- 与H+ 结合形成弱电解质HF，CaF2（s）Ca2+（aq）+F—（aq）平衡向右移动 )Mn2＋＋HCO3-＋NH3===MnCO3↓＋NH4+

【解析】

(1)由图示得到，500 ℃时，锰的浸取率已经很大；温度很高时，氯化铵受热分解、MnCO3分解发生其他副反应等；

(2)①加入二氧化锰的目的是为了将Fe2＋氧化为Fe3＋；

②加氨水调溶液pH的目的是使溶液中Fe3＋和Al3＋转化为Fe(OH)3沉淀和Al(OH)3沉淀除去；

③若溶液酸度过高，F- 与H+ 结合形成弱酸HF，使CaF2溶解平衡向右移动；

(3)碳化结晶是氯化锰溶液与碳酸氢铵和氨水应得到碳酸锰沉淀。

(1)由图示得到，500 ℃时，锰的浸取率已经很大，所以选取500℃即可，没有必要选择更高的温度，因为温度越高，能耗越大；温度很高时，浸取率下降，有可能是高温下氯化铵分解使反应的量减少；或生成的氯化锰转化为气体离开体系；或高温下发生副反应，锰转化为其他化合物；或高温使固体烧结，固体表面积减小等，故答案为：500℃；温度过高，NH4Cl分解导致与MnCO3的反应不彻底（或MnCO3分解发生其他副反应；或MnCl2挥发导致Mn损失；或高温下锰被氧化成高价态造成浸取率低；或高温使固体烧结，固体表面积减小等）；

(2)①加入二氧化锰的目的是为了将Fe2＋氧化为Fe3＋，反应的化学方程式为MnO2＋2Fe2＋＋4H＋===Mn2＋＋2Fe3＋＋2H2O，故答案为：MnO2＋2Fe2＋＋4H＋===Mn2＋＋2Fe3＋＋2H2O；

②加氨水调溶液pH的目的是使溶液中Fe3＋和Al3＋转化为Fe(OH)3沉淀和Al(OH)3沉淀除去，由题给表格数据可知，溶液的pH范围调节在4.7～8.1之间时，Fe3＋和Al3＋完全沉淀，而Mn2＋不沉淀，故答案为：4.7；

③加入MnF2目的是沉淀除去Ca2+，CaF2在溶液中存在溶解平衡CaF2（s）Ca2+（aq）+F—（aq），若溶液酸度过高，F- 与H+ 结合形成弱酸HF，F—浓度减小，溶解平衡向右移动，使Ca2+沉淀不完全，故答案为：F- 与H+ 结合形成弱电解质HF，CaF2（s）Ca2+（aq）+F—（aq）平衡向右移动；

(3)碳化结晶是向氯化锰溶液中加入碳酸氢铵和氨水，反应得到碳酸锰沉淀，反应的化学方程式为Mn2＋＋HCO3-＋NH3===MnCO3↓＋NH4+，故答案为：Mn2＋＋HCO3-＋NH3===MnCO3↓＋NH4+。