Question

【题目】工业上采用氯化铵焙烧菱锰矿制备高纯度碳酸锰，工艺流程如下：

己知相关信息如下：

①菱猛矿的主要成分是MnCO3，还含少量Fe、Al、Ca、Mg等元素。

②氢氧化物沉淀的条件:Al3+、Fe3+完全沉淀的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”过程的主要反应MnCO3+2NH4Cl=MnCl2+2NH3↑+CO2↑+H2O。

④常温下，几种难溶物的Ksp如下表所示:

难溶物	Mn(OH)2	MnCO3	CaF2	MgF2
Ksp	2.0×10-13	2.0×10-11	2.0×10-10	7.0×10-11

（1）分析图1、图2、图3，最佳的焙烧温度、焙烧时间、m(NH4Cl)/m(美锰矿粉)分别为____、____、____。

（2） “除杂”过程如下:

①已知几种氧化剂氧化能力的强弱顺序为(NH4)2S2O3>H2O2 >Cl 2>MnO2 >Fe2+，则氧化剂X宜选择_________(填字母)。

A. (NH4)2S2O3 B. MnO2 C. H2O2 D. Cl 2

②调节pH时，pH 可取的最低值为_____________。

③当CaF2、MgF2两种沉淀共存时，若溶液中c(Ca2+)=1.0×10-3mol/L，则c(Mg2+)=____mol/L。

（3）“沉锰”过程中,不用碳酸纳溶液替代NH4HCO3溶液，可能的原因是__________。

（4）测定碳酸锰粗产品的纯度。实验步骤:

①称取0.5000g碳酸锰粗产品于300mL锥形瓶中，加少量水湿润，再加25mL磷酸，移到通风橱内加热至240℃，停止加热，立即加入2 g硝酸铵，保温，充分反应后，粗产品中的碳酸锰全部转化为[Mn(PO4)2]3-，多余的硝酸铵全部分解。用氮气赶尽锥形瓶内的氮氧化物，冷却至室温。

②将上述锥形瓶中的溶液加水稀释至100mL，滴加2-3滴指示剂，然后用浓度为0.2000mol/L的硫酸亚铁铵[(NH4)Fe(SO4)2]标准溶液滴定,发生的反应为[Mn(PO4)2]3-+Fe2+=Mn2++Fe3++2PO43-。到达滴定终点时，消耗的硫酸亚铁铵标准溶液的体积为20.00mL。

计算:碳酸锰粗产品的纯度=___________。

误差分析:若滴定终点时发现滴定管尖嘴处产生了气泡，则测得的碳酸锰粗产品的纯度_____(填“偏高”“偏低”或 “无影响”)。

Answer 1

【答案】 500℃ 60min 1.1 B 4.7 3.5×10-6 碳酸钠溶液中的c(OH-)较大，会产生Mn(OH)2沉淀 92.00% 偏低

【解析】（1）图1随着温度升高锰浸出率增大，到500℃达最高为95%，图2随着时间的增大，锰浸出率增大，到60min达最大为95%，图3随着m(NH4Cl)/m(美锰矿粉)增大，锰浸出率增大，到1.1达最大为95%，最佳的焙烧温度、焙烧时间、m(NH4Cl)/m(美锰矿粉)分别为500℃、60min、1.1；（2）①已知几种氧化剂氧化能力的强弱顺序为(NH4)2S2O3>H2O2>Cl2>MnO2>Fe2+，氧化剂X的加入是为了将亚铁离子氧化为铁离子，铁离子水解产生氢氧化铁而除去，试剂的加入不能引入新的杂质，宜选择MnO2，反应产生锰离子，且过量时不溶可随沉淀过滤除去，答案选B；②调节pH时，是为了除去氧化后溶液中的Al3+、Fe3+，必须使Al3+、Fe3+完全沉淀，则pH可取的最低值为4.7；③当CaF2、MgF2两种沉淀共存时，若溶液中c(Ca2+)=1.0×10-3mol/L，则c2(F-)===2.0×10-7，c(Mg2+)===3.5×10-6mol/L；（3）碳酸钠溶液中的c(OH-)较大，会产生Mn(OH)2沉淀，故“沉锰”过程中，不用碳酸纳溶液替代NH4HCO3溶液；（4）①设碳酸锰粗产品的纯度为x，根据锰原子守恒及反应[Mn(PO4)2]3-+Fe2+=Mn2++Fe3++2PO43-可得关系式为：

MnCO3~~~~~ Mn2+~~~~~~~ Fe2+~~~~~~~~~(NH4)Fe(SO4)2

115g 1mol

0.5000xg 0.2000mol/L×20.00mL×10-3L/mL=4.0×10-3 mol

=，解得x=92.00%；若滴定终点时发现滴定管尖嘴处产生了气泡，则所用标准液的体积读数偏小，根据c（待测）=可知，测得的碳酸锰粗产品的纯度偏低。