Question

【題目】鈦酸錳（MnTiO3）納米材料是一種多用途催化劑。工業上用紅鈦錳礦（主要成分有MnTiO3，還含有少量FeO、Fe2O3、SiO2等雜質）來制備MnTiO3，其工藝流程如圖所示：

已知①紅鈦錳礦“酸溶”后Ti元素主要以TiO2+的形式存在；

②H2TiO3不溶于無機酸和堿，不溶于水；

③在空氣中加熱無水MnCl2分解放出HCl，生成Mn3O4。

回答下列問題：

（1）“粉碎”的目的是__。

（2）“酸溶”中發生的主要反應化學方程式為__。

（3）為了更好地把濾渣2分離出來，除攪拌外，還需要（填操作名稱）___。

（4）“氧化”的氧化劑選用的是高錳酸鉀，而不選擇通常人們認可的綠色氧化劑“雙氧水”，除了高錳酸鉀氧化性強、反應快之外，還可能的原因是__（寫出一條即可）。

（5）“沉錳”的條件一般控制在45℃以下的原因是__。

（6）TiO2+的水解率受溫度和H+濃度的影響如圖所示，TiO2+最適宜的水解條件是__。

（7）測定所得MnCl2·xH2O晶體中結晶水的含量。取29.70g樣品加熱分解，熱重曲線（TG）如圖所示。

所得氯化錳晶體x的值是__。

Answer 1

【答案】增大接觸面積，加快反應速度，提高浸取率 MnTiO3+2H2SO4=MnSO4+TiOSO4+2H2O 加熱(或電泳) 根據反應過程中顏色變化可以判斷Fe2＋是否氧化完全(或Fe2＋、Fe3＋存在時，加速H2O2分解，導致原料利用率太低，答案合理即可) 升溫可以加快反應速度，但超過45℃，NH4HCO3易分解，所以控制在45℃以下可以提高原料利用率(轉化率) 溫度105℃，H＋濃度0.90g·L－1 4

【解析】

紅鈦錳礦（主要成分有MnTiO3，還含有少量FeO、Fe2O3、SiO2等雜質），粉碎后加較濃硫酸進行酸浸，生成FeSO4 、Fe2(SO4)3、MnTiO3+2H2SO4=MnSO4+TiOSO4+2H2O，生成MnSO4、TiOSO4，濾渣1為SiO2等不溶雜質，“氧化”的氧化劑選用的是高錳酸鉀，將Fe2＋氧化成Fe3＋，加熱促進Fe3＋水解生成Fe(OH)3沉淀，濾渣2為Fe(OH)3沉淀，沉錳的反應為：MnSO4+2NH4HCO3=(NH4)2SO4+MnCO3↓+CO2↑+H2O，向TiOSO4中加水：TiO2＋+2H2O=H2TiO3+2H＋，生成H2TiO3，與MnCl2·xH2O共熔生成鈦酸錳。

（1）“粉碎”的目的是增大接觸面積，加快反應速度，提高浸取率。故答案為：增大接觸面積，加快反應速度，提高浸取率；

（2）“酸溶”中發生的主要反應MnTiO3與H2SO4發生反應生成TiOSO4和MnSO4，化學方程式為MnTiO3+2H2SO4=MnSO4+TiOSO4+2H2O。故答案為：MnTiO3+2H2SO4=MnSO4+TiOSO4+2H2O；

（3）濾渣2是Fe(OH)3，生成時可能以膠體形式存在，為了更好地把濾渣2分離出來，除攪拌外，還需要（填操作名稱）加熱促進鐵離子水解使膠體變成沉淀(或電泳使其移向陰極)。故答案為：加熱(或電泳)；

（4）“氧化”的氧化劑選用的是高錳酸鉀，而不選擇通常人們認可的綠色氧化劑“雙氧水”，除了高錳酸鉀氧化性強、反應快之外，還可能的原因是：根據反應過程中顏色變化可以判斷Fe2＋是否氧化完全(或Fe2＋、Fe3＋存在時，加速H2O2分解，導致原料利用率太低，答案合理即可)（寫出一條即可）。故答案為：根據反應過程中顏色變化可以判斷Fe2＋是否氧化完全(或Fe2＋、Fe3＋存在時，加速H2O2分解，導致原料利用率太低，答案合理即可)；

（5）沉錳的反應為：MnSO4+2NH4HCO3=(NH4)2SO4+MnCO3↓+CO2↑+H2O，“沉錳”的條件一般控制在45℃以下的原因是升溫可以加快反應速度，但超過45℃，NH4HCO3易分解，所以控制在45℃以下可以提高原料利用率(轉化率)。故答案為：升溫可以加快反應速度，但超過45℃，NH4HCO3易分解，所以控制在45℃以下可以提高原料利用率(轉化率)；

（6）由圖TiO2+的水解率最高時，讀出溫度和H+濃度，TiO2+最適宜的水解條件是溫度105℃，H＋濃度0.90g·L－1。故答案為：溫度105℃，H＋濃度0.90g·L－1；

（7）由題中信息，在空氣中加熱無水MnCl2分解放出HCl，生成Mn3O4。200℃時，失去全部結晶水， ，x=4，所得氯化錳晶體x的值是4。故答案為：4。