Question

【题目】工业采用氯化铵焙烧菱锰矿制备高纯碳酸锰的流程如图所示：

已知：①菱锰矿的主要成分是MnCO3，其中含Fe、Ca、Mg、Al等元素。

②Al3+、Fe3+沉淀完全的pH分别为4.7、3.2，Mn2+、Mg2+开始沉淀的pH分别为8.1、9.1。

③焙烧过程中主要反应为MnCO3+2NH4ClMnCl2+2NH3↑+CO2↑+H2O。

（1）结合图1、2、3，分析焙烧过程中最佳的焙烧温度、焙烧时间、分别为_____、_____、_______。

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

（3）“碳化结晶”步骤中，加入碳酸氢铵时反应的离子方程式为______________。

（4）上述流程中可循环使用的物质是________。

（5）现用滴定法测定浸出液中Mn2+的含量。实验步骤：称取1.000 g试样，向其中加入稍过量的磷酸和硝酸，加热使反应2Mn2+++4+2H+2[Mn(PO4)2]3++H2O充分进行；加入稍过量的硫酸铵，发生反应+N2↑+2H2O以除去；加入稀硫酸酸化，用2.00 mol·L110.00 mL硫酸亚铁铵标准溶液进行滴定，发生的反应为[Mn(PO4)2]3+Fe2+Mn2++ Fe3++2；用0.10 mol·L110.00 mL酸性K2Cr2O7溶液恰好除去过量的Fe2+。

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

②试样中锰的质量分数为_______。

Answer 1

【答案】 500 ℃　 60min 1.10 4.7≤pH<8.1 Mn2++2MnCO3↓+ CO2↑+H2O NH4Cl 6Fe2+++14H+6Fe3++2Cr3++7H2O 77%

【解析】

本题考查无机化工流程，意在考查考生分析和解决化学问题的能力。（1）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，锰浸出率已超过95%。从节约能源的角度考虑，焙烧温度取500 ℃即可；焙烧时间为60 min时锰浸出率较大，超过60 min锰浸出率趋于平缓，因此，实验选择最佳的焙烧时间为60 min；当氯化铵与菱锰矿粉质量比为1.10∶1时，锰浸出率已经很高，继续增加氯化铵用量，锰浸出率提高不明显，因此，氯化铵与菱锰矿粉最佳质量比为1.10∶1。（2）Fe3+和Al3+完全沉淀的pH分别是3.2、4.7，调节pH不能使Mn2+沉淀，所以pH的范围是4.7≤pH<8.1。（3）根据流程，净化除杂或焙烧后，Mn以＋2价形式存在，加入碳酸氢铵溶液，发生Mn2++2MnCO3↓+ CO2↑+H2O。（4）蒸发浓缩、冷却结晶后得到的氯化铵可以循环使用。（5）①Cr2O72－具有强氧化性，能把Fe2＋氧化成Fe3＋，本省被还原成Cr3＋，然后采用化合价升降进行配平，离子反应方程式为：6Fe2+++14H+6Fe3++2Cr3++7H2O。②首先根据关系式6Fe2+~计算出过量的Fe2+为0.006 0 mol，然后得出与[Mn(PO4)2]3反应的Fe2+为0.020 0 mol0.006 0 mol=0.014 mol，根据关系式Mn2+~[Mn(PO4)2]3~Fe2+计算得出n(Mn2+)=0.014 mol，试样中的m(Mn)=0.014 mol×55 g·mol1=0.77 g，故试样中锰的质量分数为77%。