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，其余为Fe、Ca、Mg、Al等元素。

②部分阳离子沉淀时溶液的pH：

离子	Al3+	Fe3+	Ca2+	Mn2+	Mg2+
开始沉淀的pH	4.1	2.2	10.6	8.1	9.1
沉淀完全的pH	4.7	3.2	13.1	10.1	11.1

③焙烧过程中主要反应为MnCO3+2NH4ClMnCl2+2NH3↑+CO2↑+H2O。

（1）结合如图1、2、3，分析焙烧过程中最佳的焙烧温度、焙烧时间、分别为___、___、___。

如图1焙烧温度对锰浸出率的影响	如图2焙烧时间与锰浸出率的关系	如图3氯化铵与菱锰矿粉质量比对锰浸出率的影响

（2）对浸出液净化除杂时，需先加入MnO2，作用是____，再调节溶液pH的范围为___，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）上述流程中可循环使用的物质是_____（填化学式）。

（4）现用滴定法测定产品中锰的含量。实验步骤：称取4.000g试样，向其中加入稍过量的磷酸和硝酸，加热使产品中的MnCO2完全转化为[Mn(PO4)2]3-（其中NO3-转化为NO2-）；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60.00mL0.50mol·L-1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5.00mL0.50mol·L-1酸性K2Cr2O7溶液恰好除去过量的Fe2+。

①酸性K2Cr2O7溶液与Fe2+反应的离子方程式为_______。

②试样中锰的质量分数为____。

Answer 1

【答案】500℃ 60min 1.10 将Fe2+氧化为Fe3+ 4.7≤pH<8.1 NH4Cl 6Fe2++Cr2O72-+14H+═6Fe3++2Cr3++7H2O 20.625%

【解析】

根据信息，菱镁矿中主要成分是MnCO3，还含有Fe、Ca、Mg、Al等元素，在加入氯化铵后焙烧，然后酸浸，主要得到MnCl2，还含有Fe、Ca、Mg、Al等元素的杂质，净化除杂，根据信息②确认除去哪些元素，碳化结晶中，发生Mn2＋＋2HCO3－=MnCO3↓＋CO2↑＋H2O，最后过滤、洗涤、干燥得到碳酸锰产品；

（1）图1锰的浸出率随温度的升高而增大，但500℃以后增大变化不大，最佳焙烧温度为500℃；根据图2，随着时间增大，锰的浸出率增大，但60min后增大变化不大，因此焙烧时间最佳为60min；同理最佳氯化铵与菱锰矿质量的比值为1.10；

（2）根据菱锰矿含有的成分，酸浸后得到Mn2＋，以及含有Fe、Ca、Mg、Al等元素，根据部分阳离子沉淀时溶液的pH，对浸出液净化除杂，先加MnO2，利用MnO2的氧化性，将Fe2＋氧化成Fe3＋，便于通过调节pH而除去；调节pH，除去的是Fe3＋和Al3＋，不能使Mn2＋沉淀，因此调节pH的范围是4.7≤pH<8.1；

（3）根据流程，NH4Cl可以循环使用；

（4）①利用K2Cr2O7的强氧化性将Fe2＋氧化，其离子反应方程式为6Fe2＋+Cr2O72－+14H＋＝6Fe3＋+2Cr3＋+7H2O；

②根据题意，建立关系式为6MnCO3～6[Mn(PO4)2]3－～6Fe2＋，过量的Fe2＋被K2Cr2O7滴定，因此与[Mn(PO4)2]3－反应的Fe2＋物质的量为(60×10－3 L×0.5mol·L－1－5×10－3 L×0.5mol·L－1×6)，根据关系式，推出Mn元素的质量为(60×10－3 L×0.5mol·L－1－5×10－3 L×0.5mol·L－1×6)×55g·mol－1，即Mn元素的质量分数为(60×10－3 L×0.5mol·L－1－5×10－3 L×0.5mol·L－1×6)×55g·mol－1/4.000g×100%=20.625%。