Question

【题目】氯化铵焙烧菱锰矿制备高纯度碳酸锰的工艺流程如下：

已知：①“焙烧”时发生的主要反应的化学方程式为MnCO3+2 NH4ClMnCl2+2NH3↑+CO2↑+H2O

②菱锰矿的主要成分是MnCO3，还含少量Fe、Al、Ca、Mg等元素。

③相关金属离子[c(Mn+)=0.1mol/L]形成氢氧化物沉淀的pH范围如下：

金属离子	Al3+	Fe3+	Fe2+	Ca2+	Mn2+	Mg2+
开始沉淀的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

④常温下，CaF2、MgF2的溶度积分别为1.46×10－10、7.42×10－11。回答下列问题：

(1)分析下列图1、图2、图3，氯化铵焙烧菱锰矿的最佳条件是：___________。

(2)浸出液“净化除杂”过程如下：①加入MnO2。用离子方程式表示MnO2的作用___________；

②调节溶液的pH，除去Fe3+、Al3+。溶液恰当的pH范围为___________；

③加入NH4F将Ca2+、Mg2+除去，两种沉淀共存时溶液中c(Ca2+)=1×10－5mol·L－1，则c(Mg2+)=___________。

(3)碳化结晶过程中发生反应的离子方程式为______________________。

(4)将制得的高纯度碳酸锰溶于过量稀硫酸后用惰性电极电解，可以得到重要的无机功能材料MnO2，该电极的电极反应式为______________________。

(5)25℃时，向0 .1mol/L NH3·H2O溶液中通入HC1气体，溶液中与pOH(仿pH定义)的关系如图所示。下列有关叙述正确的是___________。

A.C点的溶液中：c(NH3·H2O)>c(NH4+)

B.NH3·H2O的Kb=1.0×10－4.7

C.pOH=3的溶液中：c(NH4+)+c(H+) +c(NH3·H2O)=0.1mol/L+c(OH-)

D.pOH=7的溶液中的溶质是NH4Cl

Answer 1

【答案】500℃、1.10、60min MnO2+2Fe2++4H+=Mn2++2Fe3++2H2O 5.2pH<8.8 5×10-6mol/L Mn2++2HCO3-MnCO3+CO2↑+ H2O Mn2++2 H2O-2e-= MnO2+4H+ B

【解析】

（1）按图1、图2、图3的锰浸出率选择最佳条件：焙烧温度、投料比和焙烧时间；

（2）MnO2在酸性条件下将Fe2+氧化为Fe3+，欲使Fe3+、Al3+变为沉淀而除去，溶液的pH5.2，不使Mn2+沉淀，pH<8.8，从而确定pH范围；根据CaF2的溶度积常数计算出溶液中c(F-)，再用MgF2的溶度积常数计算出溶液中的c(Mg2+)；

（3）碳化结晶时，可看成Mn(HCO3)2受热分解，类比写出离子方程式；

（4）阳极得到重要的无机功能材料MnO2，失电子发生氧化反应；

（5）A.C点=0，故溶液中：c(NH3·H2O)=c(NH4+)；

B. C点=0，故溶液中：c(NH3·H2O)=c(NH4+)，NH3·H2O的Kb==c(OH-)=1.0×10－4.7；

C.pOH=3的溶液中： c(H+) -c(OH-)=10-11-10-3<0，物料守恒有c(NH4+)+c(NH3·H2O)=0.1mol/L，故c(NH4+) +c(NH3·H2O) +c(H+)-c(OH-)<0.1mol/L；

D.若溶液中的溶质是NH4Cl，为强酸弱碱盐，水解显酸性，pOH>7。

（1）由图1可知焙烧温度选择500℃；由图2可知氯化铵和锰矿粉投料比选择1.10；由图3可知焙烧时间选择60min，

因此，本题正确答案为：500℃、1.10、60min；

（2）①MnO2在酸性条件下将Fe2+氧化为Fe3+，离子方程式为MnO2+2Fe2++4H+=Mn2++2Fe3++2H2O；

②欲使Fe3+、Al3+变为沉淀而除去，溶液的pH5.2，不使Mn2+沉淀，pH<8.8，从而确定pH范围为5.2pH<8.8；

③根据CaF2的溶度积常数计算出溶液中c(F-)，再用MgF2的溶度积常数计算出溶液中的c(Mg2+)，c(Mg2+)=×c(Ca2+)=×1×10-5mol/L=5×10-6mol/L；

因此，本题正确答案为：MnO2+2Fe2++4H+=Mn2++2Fe3++2H2O；5.2pH<8.8；5×10-6mol/L；

（）碳化结晶时，可看成Mn(HCO3)2受热分解，离子方程式为Mn2++2HCO3-MnCO3+CO2↑+ H2O；

因此，本题正确答案为：Mn2++2HCO3-MnCO3+CO2↑+ H2O；

（4）阳极得到重要的无机功能材料MnO2，阳极发生氧化反应，故电极反应式为Mn2++2 H2O-2e-= MnO2+4H+；

因此，本题正确答案为：Mn2++2H2O-2e-= MnO2+4H+；

（5）A.C点=0，故溶液中：c(NH3·H2O)=c(NH4+)，故A错误；

B. C点=0，故溶液中：c(NH3·H2O)=c(NH4+)，NH3·H2O的Kb==c(OH-)=1.0×10－4.7，故B正确；

C.pOH=3的溶液中： c(H+) -c(OH-)=10-11-10-3<0，根据物料守恒有c(NH4+)+c(NH3·H2O)=0.1mol/L，故c(NH4+) +c(NH3·H2O) +c(H+)-c(OH-)<0.1mol/L，故C错误；

D.若溶液中的溶质是NH4Cl，为强酸弱碱盐，水解显酸性，pOH>7，故D错误。

因此，本题正确答案为：B。