Question

【题目】工业上采用氨化铵焙烧菱锰矿制备高纯度碳酸锰，工艺流程如下:

已知相关信息如下：

①菱锰矿的主要成分是MnCO3，还含少量Fe、Al、Ca、Mg等元素。

②氢氧化物沉淀的条件：Al3+、Fe3+完全沉淀的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”过程的主要反应:MnCO3+2NH4C1MnCl2+2NH3↑+CO2↑+H2O。

④常温下，几种难溶物的Ksp如下表所示:

难溶物	Mn(OH)2	MnCO3	CaF2	MgF2
Ksp	2.0×10-13	2.0×10-11	2.0×10-10	7.0×10-11

(1)分析图1、图2、图3，最佳的焙烧温度、焙烧时间、分别为_____、_____、_____、。

(2)“除杂“过程如下:

①已知几种氧化剂氧化能力的强弱顺序为(NH4)2S2O8>H2O2>Cl2>MnO2>Fe3+，则氧化剂X宜选择_______(填字母)。

A. (NH4)2S2O8 B.MnO2 C.H2O2 D. Cl2

②调节pH时，pH可取的最低值为________。

③当CaF2、MgF2 两种沉淀共存时，若溶液中c(Ca2+) =1.0×10-5mol/L，则c(Mg2+) =_____mol/L。

(3)“沉锰”过程中，不用碳酸钠溶液替代NH4HCO3溶液，可能的原因是____________。

(4)测定碳酸锰粗产品的纯度。实验步骤:

①称取0.5000g碳酸锰粗产品于300mL作锥形瓶中，加少量水湿润。再加25mL磷酸，移到通风橱内加热至240℃，停止加热，立即加入2g硝酸铵，保温，充分反应后，粗产品中的碳酸锰全部转化为Mn(PO4)2]3-，多余的硝酸铵全部分解。用氨气赶尽锥形瓶内的氮氧化物，冷却至室温。

②将上述锥形瓶中的溶液加水稀释至100mL，滴加2～3滴指示剂，然后用浓度为0.2000mol/L的硫酸亚铁铵[(NH4)2Fe(SO4)2]标准溶液滴定，发生的反应为：

[Mn(PO4)2]3- +Fe2+=Mn2+ +Fe3+ +2PO43-。到达滴定终点时，消耗的硫酸亚铁铵标准溶液的体积为20.00mL。

计算:碳酸锰粗产品的纯度=________。

误差分析:若滴定终点时发现滴定管尖嘴处产生了气泡，则测得的碳酸锰粗产品的纯度_____(填“偏高”“偏低”或“无影响”)。

Answer 1

【答案】 500 ℃ 60 min 1.1 B 4.7 3.5×10-6 碳酸钠溶液中的c(OH-)较大，会产生Mn(OH)2沉淀 92.00% 偏低

【解析】菱锰矿的主要成分是MnCO3，还含少量Fe、Al、Ca、Mg等元素，与氯化铵混合研磨后煅烧的固体中含有氯化锰、四氧化三铁、氧化铝、氧化钙和氧化镁，加入盐酸，浸出液中主要含有Al3+、Fe3+、Fe2+、Mn2+、Mg2+，经过净化后，在净化液中加入碳酸氢铵，使锰离子沉淀，生成MnCO3，最后得到高纯度MnCO3。

(1)根据图1在500℃时锰的浸出率较高、根据图2焙烧时间60min时锰的浸出率较高、根据图3=1.1时锰的浸出率较高，因此最佳的焙烧温度、焙烧时间、分别为500 ℃、60 min、1.1，故答案为：500 ℃；60 min；1.1；

(2)①根据几种氧化剂氧化能力的强弱顺序为(NH4)2S2O8>H2O2>Cl2>MnO2>Fe3+，为了不引入新的杂质，氧化剂X宜选择MnO2，故答案为：B；

②根据氢氧化物沉淀的条件：Al3+、Fe3+完全沉淀的pH分别为4.7、3.2；Mn2+、Mg2+开始沉淀的pH分别为8.1、9.1，调节pH时，主要是沉淀Fe3+ 、Al3+，不能影响Mn2+，故pH的最低值为4.7，故答案为：4.7；

③当CaF2、MgF2两种沉淀共存时，若溶液中c(Ca2+)=1.0×10-5mol/L，根据Ksp(CaF2)和Ksp(MgF2)可知，c (F-)==mol/L，则Ksp(MgF2)=c(Mg2+)×c2 (F-)，则c(Mg2+)== mol/L =3.5×10-6 mol/L，故答案为：3.5×10-6；

(3) 碳酸钠溶液的碱性较强，c(OH-)较大，会产生Mn(OH)2沉淀，因此“沉锰”过程中，不用碳酸钠溶液替代NH4HCO3溶液，故答案为：碳酸钠溶液中的c(OH-)较大，会产生Mn(OH)2沉淀；

(4) 根据[Mn(PO4)2]3-+Fe2+=Mn2++Fe3++2PO43-可知，[Mn(PO4)2]3-的物质的量与硫酸亚铁铵的物质的量相等，则[Mn(PO4)2]3-的物质的量与硫酸亚铁铵的物质的量=0.2000mol/L×0.02L=0.004mol，根据锰元素守恒，0.5000g碳酸锰粗产品中碳酸锰的物质的量=0.004mol，碳酸锰粗产品的纯度=×100%=92.00%，若滴定终点时发现滴定管尖嘴处产生了气泡，导致标准溶液的体积偏小，则[Mn(PO4)2]3-的物质的量偏小，测得的碳酸锰粗产品的纯度偏低，故答案为：92.00%；偏低。