Question

【题目】碳酸锰(MnCO3)是制造电信器材的软磁铁氧体，也用作脱硫的催化剂，瓷釉、涂料和清漆的颜料。工业上利用软锰矿(主要成分是MnO2，还含有Fe2O3、CaCO3、CuO等杂质)制取碳酸锰的流程如下图所示：

已知：还原焙烧主反应为2MnO2+C2MnO+CO2↑。

可能用到的数据如下：

根据要求回答下列问题

(1)在实验室进行步骤A操作，需要用到的仪器名称为___________。

(2)步骤C中得到的滤渣主要成分是CaSO4和___________，步骤D中还原剂与氧化剂的物质的量之比为___________。

(3)步骤E中调节pH的范围为___________，其目的是______________________。

(4)步骤G发生的离子方程式为_________________________________，若Mn2+沉淀完全时测得溶液中CO32－的浓度为2.2×10－6mol/L，则Ksp(MnCO3)=___________。

(5)实验室可以用Na2S2O8溶液来检验Mn2+是否完全发生反应，原理为Mn2++S2O82－+H2O→H++SO42－+MnO4－，确认Mn2+离子已经完全反应的现象是___________。

Answer 1

【答案】坩埚 Cu 2：1 3.7≤pH<8.3(或3.7<pH<8.3) 使Fe3+转化为Fe(OH)3而除去，不影响Mn2+ Mn2++2HCO3-=MnCO3↓+CO2↑+H2O 2.2×10-11 取少量试样于试管中，滴入Na2S2O3溶液，溶液不变为紫色

【解析】

(1)还原焙烧的条件是高温，故选用耐高温的仪器；

(2)焙烧后的固体中含有MnO、Fe、CaCO3、Cu等，硫酸浸取时MnO、Fe与硫酸反应生成MnSO4、FeSO4溶液，Cu不反应，CaCO3转化为微溶性的CaSO4，过滤得到滤液中含MnSO4、FeSO4；滤渣中含CaSO4、Cu；步骤D中MnO2和Fe2+发生氧化还原反应生成Fe3+和Mn2+，根据离子方程式计算比例关系；

(3)步骤E中调节pH目的是使杂质Fe3+转化为Fe(OH)3沉淀，而Mn2+留在溶液中；根据目的确定调整pH的范围；

(4)步骤G是使溶液中的Mn2+与加入的NH4HCO3转化为MnCO3沉淀；据此结合电荷守恒书写离子方程式； 当溶液中离子浓度小于等于1×10-5mol/L时，认为离子沉淀完全；

(5)若Mn2+离子已经完全反应,就不再发生Mn2++S2O82-+H2O→H++SO42－+MnO4-反应，不会产生紫色的MnO4-。

(l)固体焙烧条件是高温，所以应在坩埚中进行；

(2)步骤C中得到的滤渣是不溶于水的Cu和微溶的CaSO4，步骤D中加入MnO2氧化溶液中的Fe2+，其中Mn从+4价降为+2价，Fe从+2价升高为+3价，Fe2+是还原剂，根据电子守恒，还原剂与氧化剂的物质的量之比为2：1；

(3)由图表可知为了使Fe2+转化为Fe(OH)3而除去，而不影向Mn2+，步骤E中调节pH的范围为大于Fe(OH)3的沉淀的pH而小于Mn2+形成沉淀需要的pH，即选择条件为：3.7≤pH<8.3(或3.7<pH<8.3)；

(4)在含有Mn2+的溶液中加入NH4HCO3生成MnCO3沉淀，发生反应的离子方程式为Mn2++2HCO3-=MnCO3↓+CO↑+H2O，Mn2+沉淀完全时其浓度为1×10-5mol/L，溶液中CO32-的浓度为2.2×10-6mol/L，则Ksp(MnCO3)=(1×10-5mol/L)×(2.2×10-6mol/L)=2.2×10-11；

(5)实验室可以用Na2S2O8溶液来检验Mn2+是否完全发生反应，原理为Mn2++S2O82-+H2O→H++SO42－+MnO4-。取少量试样于试管中，向其中滴入Na2S2O3溶液，溶液不变为紫色，就可确认Mn2+离子已经完全反应。