Question

【题目】工业采用氯化铵焙烧菱锰矿制备碳酸锰的流程如下图所示：

已知：①菱锰矿的主要成分是MnCO3 ，其中含Fe、Ca、Mg、Al等元素。

②焙烧过程中主要反应为：MnCO3 +2NH4Cl MnCl2+2NH3↑ +CO2↑+ H2O。

③部分阳离子沉淀时溶液的pH的值：

	Al3-	Fe3+	Ca2+	Mn2+	Mg2+
开始沉淀的pH值	4.1	2.2	10.6	8.8	9.6
沉淀完全的pH值	4.7	3.2	13.1	10.1	11.1

（1）实验室“焙烧”操作盛放固体的仪器为____________________。

（2）结合图1、2、3，分析焙烧过程中对温度、NH4Cl用量[m（NH4Cl）：m（锰矿粉）]、时间的最佳选择依次为________________、_______________、______________。

（3）对锰浸出液净化除杂时，先加入MnO2将Fe2＋转化为Fe3＋，再调节溶液pH的范围为_________________，将Fe3＋和Al3＋变为沉淀除去。然后加入NH4F将Ca2＋、Mg2＋变为氟化物沉淀除去。

（4）“碳化结晶”步骤中，加入碳酸氢铵是反应的离子方程式为________________。

（5）上述流程中可循环使用的物质是_______________。

（6）为测定产品中碳酸锰的含量，设计如下实验（杂质不参加反应）：实验步骤为：称取16.80g试样，溶于适量的稀硫酸溶液中，向所得溶液中加入稍过量的磷酸和硝酸，加热使反应：2Mn2++NO3-+4PO43-+2H+2[Mn(PO4)2]3-+NO2-+H2O充分进行。除去溶液中存在的NO3-和NO2-后，加入l00.00mL2.00 mol·L-1的(NH4)2Fe(SO4)2溶液，发生的反应为：[Mn(PO4)2]3-+Fe2＋=Mn2++Fe3＋+2PO3-；再用1.00mol·L-1酸性K2Cr2O7溶液滴定过量的Fe2＋，滴定终点时消耗10.00mL酸性K2Cr2O7溶液。

①酸性K2Cr2O7溶液与Fe2＋反应的离子方程式为_____________________（还原产物是Cr3＋。

②产品中碳酸锰的质量分数为_____________（结果保留3位有效数字）。

Answer 1

【答案】坩埚500℃1.10∶1（或1.10/1.1∶1、1.1）60min4.7≤pH＜8.8Mn2＋+2HCO3-=MnCO3↓+CO2↑+H2ONH4Cl6Fe2＋+Cr2O72-+14H＋=6Fe3＋+2Cr3＋+7H2O95.8%或0.958

【解析】（1）实验室固体“焙烧”通常在坩埚中进行；

（2）随着温度的升高，锰浸出率逐渐升高，但是500℃以后，锰浸出率增加缓慢，并且在500℃时，锰浸出率已经达到95%以上，从节约能源的角度考虑，焙烧温度取500℃即可；当氯化铵与锰矿粉质量比为1.1:1时，锰浸出率已经达到95.8%，继续增加氯化铵用量，锰浸出率提高不明显，因此，选择氯化铵与锰矿粉质量比为1.1:1；焙烧时间为1h时锰浸出率达到最大，超过1h锰浸出率趋于平缓，因此，实验选择适宜的焙烧时间为1h；

（3）在80℃~90℃时，加入MnO2将Fe2+氧化为Fe3+，调节溶液的pH在“4.7≤pH＜8.8”，水解沉淀Fe3+，此时Al3+也水解为Al(OH)3沉淀；

（4）“碳化结晶”时，加入碳酸氢铵是HCO3-的电离促进Mn2+生成MnCO3溶液，同时HCO3-与电离出的H+结合成水和CO2，发生反应的离子方程式为Mn2＋+2HCO3-=MnCO3↓+CO2↑+H2O；

（5）“碳化结晶”时副产物为NH4Cl，可作为原料循环使用；

（6）①Fe2＋有还原性，能被酸性K2Cr2O7溶液氧化为Fe3+，同时K2Cr2O7被还原为Cr3+，发生反应的离子方程式为6Fe2＋+Cr2O72-+14H＋=6Fe3＋+2Cr3＋+7H2O；

K2Cr2O7的物质的量为1.00 mol·L-1×0.01L=0.01 mol，过量Fe2+的物质的量为0.01 mol×6=0.06mol，则与[Mn(PO4)2]3-反应的Fe2+的物质的量为2.00 mol·L-1×0.1L-0.06mol =0.14 mol，根据Mn2+~[Mn(PO4)2]3-~Fe2+，可知Mn2+的物质的量为，则样品中碳酸锰的质量分数为(0.14mol×115g/mol)÷16.80g×100%=95.8%。