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，相關金屬離子在濃度為0.1mol/L時形成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”時發生的主要反應的化學方程式為_________________________________

（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已知幾種物質氧化能力的強弱順序為(NH4)2S2O8＞KMnO4＞MnO2＞Fe3+，則氧化劑X宜選擇__________

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

②調節pH時，pH可取的范圍為_________________

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

（5）“碳化結晶”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+，反應為：MnO2+2Fe2++4H+═Mn2++2Fe3++2H2O，再調節溶液的pH將Al3+、Fe3+變為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，凈化液主要溶質主要為MnCl2、NH4Cl，加入碳酸氫銨發生反應：Mn2++2HCO3-MnCO3↓+CO2↑+H2O，炭化結晶，過濾，濾餅干燥后得到MnCO3，濾液為NH4Cl溶液，蒸發結晶得到NH4Cl固體，可循環使用，據此分析作答。

(1)“混合研磨”可使物質充分接觸，加快反應速率；

(2)“焙燒”時發生的主要反應的化學方程式為MnCO3+2NH4ClMnCl2+2NH3↑+CO2↑+H2O；

(3) 根據圖可知，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，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+，同時在選擇氧化劑時，要盡可能不要引入新的雜質，則氧化劑X宜選擇MnO2，答案選B；

②根據分析，再調節溶液的pH將Al3+、Fe3+變為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，凈化液主要溶質主要為MnCl2、NH4Cl，過程中不能讓Mn2+沉淀，結合相關金屬離子在濃度為0.1mol/L時形成M(OH)n沉淀的pH范圍表，Al3+、Fe3+完全沉淀時的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)“碳化結晶”過程中，因為碳酸根離子水解程度大，碳酸銨溶液中c(OH)較大，易產生Mn(OH)2沉淀，故碳化結晶過程中不能用碳酸銨溶液代替碳酸氫銨溶液。