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菱锰矿的主要成分是MnCO3，还含少量Fe、Al、Ca、Mg等元素。

②相关金属离子[c0(Mn+)=0.1mol/L形成氢氧化物沉淀的pH范围如下：

③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）“焙烧”时发生的主要反应的化学方程式为__________________。

分析下列图1、图2、图3，氯化铵焙烧菱锰矿的最佳条件是：焙烧温度为_________、氯化铵与锰矿粉的质量之比为_________、焙烧时间为_________。

（2）浸出液“净化除杂”过程如下：首先加入MnO2将Fe2+氧化为Fe3+，反应的离子方程式为_________；再调节溶液的pH将Al3+、Fe3+变为沉淀除去，溶液pH的范围为_________；然后加入NH4F将Ca2+、Mg2+变为CaF2、MgF2沉淀除去，两种沉淀共存时溶液中c(Ca2+)/c(Mg2+)=_________。

（3）碳化结晶时，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，在某极得到重要的无机功能材料MnO2，该电极的电极反应式为__________________。

Answer 1

【答案】MnCO3＋2NH4ClMnCl2＋2NH3↑＋CO2↑＋H2O 500℃ 1.10 60min MnO2＋2Fe2＋＋4H＋=Mn2＋＋2Fe3＋＋2H2O 5.2≤pH<8.8 1.97 Mn2＋＋2HCO3－MnCO3＋CO2↑＋H2O Mn2＋＋2H2O－2e－=MnO2＋4H＋

【解析】

（1）NH4Cl分解为NH3、HCl，HCl与MnCO3反应得到MnCl2、CO2、H2O，由此写出方程式。

按图1、图2、图3，锰浸出率选择最佳条件；

（2）MnO2在酸性条件下将Fe2＋氧化为Fe3＋；

欲使Al3+、Fe3+变为沉淀除去，溶液pH≥5.2，不使Mn2+沉淀，pH<8.8，从而确定pH范围。

用平衡常数计算两种沉淀共存时溶液中；

（3）碳化结晶时，可看成Mn（HCO3）2受热分解，类比写出离子方程。

（4）阳极得到重要的无机功能材料MnO2，失电子发生氧化反应。

（1）NH4Cl分解为NH3、HCl，HCl与MnCO3反应得到MnCl2、CO2、H2O，反应方程式为MnCO3＋2NH4ClMnCl2＋2NH3↑＋CO2↑＋H2O；

氯化铵焙烧菱锰矿的最佳条件是：焙烧温度为500℃、氯化铵与锰矿粉的质量之比为1.10、焙烧时间为60min；

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

欲使Al3+、Fe3+变为沉淀除去，溶液pH≥5.2，不使Mn2+沉淀，pH<8.8,溶液pH的范围为5.2≤pH<8.8；

加入NH4F将Ca2+、Mg2+变为CaF2、MgF2沉淀除去，两种沉淀共存时溶液中=1.46×10－10/7.42×10－11=1.97.

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

（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，在阳极得到重要的无机功能材料MnO2，该电极的电极反应式为Mn2＋＋2H2O－2e－=MnO2＋4H＋。阴极反应为：2H＋＋2e－=H2↑。