Question

【题目】以软锰矿粉（主要含有MnO2，还含有少量的Fe2O3、Al2O3等杂质）为原料制备高纯MnO2的流程如下图所示：

已知：①常温下，Ksp[Fe(OH)3]=8.0×10-38，Ksp [Al(OH)3]=4.0×10-34。

②常温下，氢氧化物沉淀的条件：Al3+、Fe3+完全沉淀的pH分别为4.6、3.4；Mn2+开始沉淀的pH为8.1。

③常温下，当溶液中金属离子物质的量浓度小于或等于1×10-5mol·L-l时，可视为该金属离子已被沉淀完全。

（1） “酸浸”时加入一定量的硫酸，硫酸不能过多或过少。“硫酸”过多造成氨的损失；硫酸过少时，“酸浸”时会有红褐色渣出现，原因是________________________。

（2）加入氨水应调节pH的范围为__________________，当Fe3+恰好沉淀完全时，c(Al3+)=_____________mol·L-l。

（3）“过滤”所得滤渣为MnCO3，滤液中溶质的主要成分是____________（填化学式），写出其阳离子的电子式：_______________________________。

（4）加入碳酸氢铵产生沉淀的过程称为“沉锰”。

①“沉锰”过程中放出CO2，反应的离子方程式为_______________________________。

②“沉锰”过程中沉锰速率与温度的关系如图所示。当温度高于60℃时，沉锰速率随着温度升高而减慢的原因可能是________________________________________________。

（5）工业上采用间接氧化还原滴定法测定MnO2纯度，其操作过程如下：准确称量0.9200g该样品，与足量酸性KI溶液充分反应后，配制成100mL溶液。取其中20.00mL，恰好与25.00mL 0.0800mol·L-1 Na2S2O3溶液反应（I2+2S2O32-=2I-+S4O62-）。计算可得该样品纯度为___________。

Answer 1

【答案】生成的Fe3+水解得到Fe(OH)3沉淀4.6~8.10.05(NH4)2SO4Mn2++2HCO3-=MnCO3↓+CO2↑+H2O温度过高时碳酸氢铵的分解速率显著加快，沉锰速率随碳酸氢铵浓度的减小而减慢47.3%

【解析】

（1）硫酸过少时，“酸浸”时会有红褐色渣出现，原因是生成的Fe3+水解得到Fe(OH)3沉淀，故答案为：生成的Fe3+水解得到Fe(OH)3沉淀；

（2）由题中信息可知，Al3+、Fe3+完全沉淀的pH分别为4.6、3.4，Mn2+开始沉淀的pH为8.1。所以，加入氨水应调节pH的范围为4.6~8.1，当Fe3+恰好沉淀完全时，的物质的量浓度最大值为1×10-5mol·L-l，此时溶液中c(OH-)的最小值为mol/L，c(Al3+)= 0.05mol·L-l，故答案为：4.6~8.1、0.05；

（3）“过滤”所得滤渣为MnCO3，滤液中溶质的主要成分是(NH4)2SO4，其阳离子的电子式为，故答案为：(NH4)2SO4、；

（4）①“沉锰”过程中放出CO2，反应的离子方程式为Mn2++2HCO3-=MnCO3↓+CO2↑+H2O，故答案为：Mn2++2HCO3-=MnCO3↓+CO2↑+H2O；

②当温度高于60℃时，沉锰速率随着温度升高而减慢的原因可能是：温度过高时碳酸氢铵的分解速率显著加快，沉锰速率随碳酸氢铵浓度的减小而减慢；

（5）由反应过程可得到关系式：

MnO2～I2～2S2O32-

1 2
n0.02500L×0.0800molL-1×
n=0.005mol， 该样品MnO2纯度=×100%=47.3%，故答案为：47.3%。