Question

【题目】工业采用氯化铵焙烧菱锰矿制备高纯碳酸锰的流程如图所示：

已知：①菱锰矿的主要成分是MnCO3，其中含Fe、Ca、Mg、Al等元素。

②Al3＋、Fe3＋沉淀完全的pH分别为4.7、3.2，Mn2＋、Mg2＋开始沉淀的pH分别为8.1、9.1。

③焙烧过程中主要反应为MnCO3＋2NH4Cl MnCl2＋2NH3↑＋CO2↑＋H2O。

(1)结合图1、2、3，分析焙烧过程中最佳的焙烧温度、焙烧时间、m(NH4Cl)/m(菱锰矿粉)分别为____________、____________、____________。

(2)对浸出液净化除杂时，需先加入MnO2将Fe2＋转化为Fe3＋，再调节溶液pH的范围__，将Fe3＋和Al3＋变为沉淀而除去，然后加入NH4F将Ca2＋、Mg2＋变为氟化物沉淀除去。

(3)“碳化结晶”步骤中，加入碳酸氢铵时反应的离子方程式为____。

(4)上述流程中可循环使用的物质是________。

(5)现用滴定法测定浸出液中Mn2＋的含量。实验步骤：称取1.000 g试样，向其中加入稍过量的磷酸和硝酸，加热使反应2Mn2＋＋NO3-＋4PO43-＋2H＋2[Mn(PO4)2]3－＋NO2-＋H2O充分进行并除去多余的硝酸；加入稍过量的硫酸铵，发生反应NO2-＋NH4+===N2↑＋2H2O以除去NO2-；加入稀硫酸酸化，用2.00 mol·L－110.00 mL硫酸亚铁铵标准溶液进行滴定，发生的反应为[Mn(PO4)2]3－＋Fe2＋===Mn2＋＋Fe3＋＋2PO43-；用0.10 mol·L－110.00 mL酸性K2Cr2O7溶液恰好除去过量的Fe2＋。

①酸性K2Cr2O7溶液与Fe2＋反应(还原产物是Cr3＋)的离子方程式为___________。

②试样中锰的质量分数为________。

Answer 1

【答案】500 ℃ 60 min 1.10 4.7≤pH<8.1 Mn2＋＋2HCO3-===MnCO3↓＋CO2↑＋H2O NH4Cl 6Fe2＋＋Cr2O72-＋14H＋===6Fe3＋＋2Cr3＋＋7H2O 77%

【解析】

(1)根据图像分析，焙烧温度在500 ℃以上、焙烧时间在60 min以上、在1.1以上，锰浸出率超过90% ；

(2)净化除杂的目的是将Fe3＋和Al3＋变为沉淀除去，并且保证Mn2＋不能沉淀；

(3)“碳化结晶”步骤中，碳酸氢铵与锰离子反应生成碳酸锰沉淀和二氧化碳气体；

(4)根据流程图分析可循环使用的物质；

(5) ①根据得失电子守恒书写酸性K2Cr2O7溶液与Fe2＋反应的离子方程式；

②根据关系式Mn2＋～[Mn(PO4)2]3－～Fe2＋计算锰的质量分数；

(1)根据图像分析，焙烧温度在500 ℃以上、焙烧时间在60 min以上、在1.1以上，锰浸出率超过90% ，所以焙烧过程中最佳的焙烧温度、焙烧时间、分别为500 ℃、60 min、 1.10；

(2)净化除杂的目的是将Fe3＋和Al3＋变为沉淀除去，并且保证Mn2＋不能沉淀，所以调节溶液pH的范围为4.7≤pH<8.1；

(3)“碳化结晶”步骤中，碳酸氢铵与锰离子反应生成碳酸锰沉淀和二氧化碳气体，反应离子方程式是Mn2＋＋2HCO3-===MnCO3↓＋CO2↑＋H2O；

(4)根据流程图，可循环使用的物质是NH4Cl；

(5) ①根据得失电子守恒，酸性K2Cr2O7溶液与Fe2＋反应的离子方程式是6Fe2＋＋Cr2O72-＋14H＋===6Fe3＋＋2Cr3＋＋7H2O；

②Cr2O72-的物质的量是0.10 mol·L－1×0.01L=0.001mol，反应6Fe2＋＋Cr2O72-＋14H＋===6Fe3＋＋2Cr3＋＋7H2O消耗Fe2＋的物质的量是0.006mol， [Mn(PO4)2]3－＋Fe2＋===Mn2＋＋Fe3＋＋2PO43-消耗Fe2＋的物质的量是2.00 mol·L－1×0.01L－0.006mol=0.014mol，根据Mn2＋～[Mn(PO4)2]3－～Fe2＋，可知Mn2＋的物质的量是0.014mol，锰的质量分数为 。