Question

【題目】碳酸錳是制取其他含錳化合物的原料，也可用作脫硫的催化劑等。一種焙燒氯化銨和菱錳礦粉制備高純度碳酸錳的工藝流程如圖所示

已知①菱錳礦粉的主要成分是MnCO3，還有少量的Fe、Al、Ca、Mg等元素

②常溫下，相關(guān)金屬離子在濃度為0.1mol/L時(shí)形成M(OH)n沉淀的pH范圍如表

金屬離子	Al3+	Fe3+	Fe2+	Ca2+	Mn2+	Mg2+
開始沉淀的pH	3.8	1.5	6.3	10.6	8.8	9.6
沉淀完全的pH	5.2	2.8	8.3	12.6	10.8	11.6

③常溫下，Ksp(CaF2)=1.46×1010，Ksp(MgF2)=7.42×1011；Ka(HF)=1.00×104

回答下列問題：

（1）“混合研磨”的作用為_______________________

（2）“焙燒”時(shí)發(fā)生的主要反應(yīng)的化學(xué)方程式為_________________________________

（3）分析圖1、圖2，焙燒氯化銨、菱錳礦粉的最佳條件是_____________________________

（4）凈化除雜流程如下

①已知幾種物質(zhì)氧化能力的強(qiáng)弱順序?yàn)?/span>(NH4)2S2O8＞KMnO4＞MnO2＞Fe3+，則氧化劑X宜選擇__________

A. (NH4)2S2O8 B. MnO2 C. KMnO4

②調(diào)節(jié)pH時(shí)，pH可取的范圍為_________________

③常溫下加入NH4F將Ca2+、Mg2+沉淀除去，此時(shí)溶液中，=______若此時(shí)pH為6，c(Mg2+)= a mol/L，則c(HF)為______________ mol/L （用a表示）

（5）“碳化結(jié)晶”過程中不能用碳酸銨代替碳酸氫銨，可能的原因是__________________

Answer 1

【答案】加快反應(yīng)速率 MnCO3+2NH4ClMnCl2+2NH3↑+CO2↑+H2O 溫度為500℃ 且 m(MnCO3):m(NH4Cl)=1.10 B 5.2≤pH＜8.8 1.97 ×10-7 CO32-水解程度大于HCO3-，易生成氫氧化物沉淀

【解析】

根據(jù)流程：將菱錳礦粉(主要成分是MnCO3，還含少量Fe、Al、Ca、Mg等元素)和氯化銨混合研磨后焙燒：MnCO3+2NH4ClMnCl2+2NH3↑+CO2↑+H2O，浸出液含有Mn2+、Fe2+、Al3+、Ca2+、Mg2+，加入MnO2將Fe2+氧化為Fe3+，反應(yīng)為：MnO2+2Fe2++4H+═Mn2++2Fe3++2H2O，再調(diào)節(jié)溶液的pH將Al3+、Fe3+變?yōu)?/span>Al(OH)3、Fe(OH)3沉淀除去，然后加入NH4F將Ca2+、Mg2+以CaF2、MgF2沉淀除去，凈化液主要溶質(zhì)主要為MnCl2、NH4Cl，加入碳酸氫銨發(fā)生反應(yīng)：Mn2++2HCO3-MnCO3↓+CO2↑+H2O，炭化結(jié)晶，過濾，濾餅干燥后得到MnCO3，濾液為NH4Cl溶液，蒸發(fā)結(jié)晶得到NH4Cl固體，可循環(huán)使用，據(jù)此分析作答。

(1)“混合研磨”可使物質(zhì)充分接觸，加快反應(yīng)速率；

(2)“焙燒”時(shí)發(fā)生的主要反應(yīng)的化學(xué)方程式為MnCO3+2NH4ClMnCl2+2NH3↑+CO2↑+H2O；

(3) 根據(jù)圖可知，錳的浸出率隨著溫度的升高而增大，隨著m(NH4Cl)：m(錳礦粉)增大而增到，500℃、m(NH4Cl)：m(錳礦粉)=1.10時(shí)，錳的浸出率最高，溫度過高，m(NH4Cl)：m(錳礦粉)增大，浸出率變化不大，成本增加，故焙燒溫度取500℃、m(NH4Cl)：m(錳礦粉)=1.10即可；

(4)①根據(jù)分析，浸出液含有Mn2+、Fe2+、Al3+、Ca2+、Mg2+，加入氧化劑X的目的將Fe2+氧化為Fe3+，同時(shí)在選擇氧化劑時(shí)，要盡可能不要引入新的雜質(zhì)，則氧化劑X宜選擇MnO2，答案選B；

②根據(jù)分析，再調(diào)節(jié)溶液的pH將Al3+、Fe3+變?yōu)?/span>Al(OH)3、Fe(OH)3沉淀除去，然后加入NH4F將Ca2+、Mg2+以CaF2、MgF2沉淀除去，凈化液主要溶質(zhì)主要為MnCl2、NH4Cl，過程中不能讓Mn2+沉淀，結(jié)合相關(guān)金屬離子在濃度為0.1mol/L時(shí)形成M(OH)n沉淀的pH范圍表，Al3+、Fe3+完全沉淀時(shí)的pH值分別為5.2和2.8，Mn2+開始沉淀的PH值為8.8，pH可取的范圍為5.2≤pH＜8.8；

③≈1.97；若此時(shí)pH為6，即c(H+)=10-6 mol/L，c(Mg2+)= a mol/L，c(F-)=mol/L，HF是弱酸，在溶液中部分電離，已知Ka(HF)==1.00×104則c(HF)== ×10-7mol/L；

(5)“碳化結(jié)晶”過程中，因?yàn)樘妓岣�離子水解程度大，碳酸銨溶液中c(OH)較大，易產(chǎn)生Mn(OH)2沉淀，故碳化結(jié)晶過程中不能用碳酸銨溶液代替碳酸氫銨溶液。