Question

【題目】氯化銨焙燒菱錳礦制備高純度碳酸錳的工藝流程如下

已知：①菱錳礦的主要成分是MnCO3，還含少量Fe、Al、Ca、Mg等元素。

②相關金屬離子[c0(Mn+)=0.1mol/L形成氫氧化物沉淀的pH范圍如下：

③常溫下，CaF2、MgF2的溶度積分別為1.46×10－10、7.42×10－11。

回答下列問題：

（1）“焙燒”時發生的主要反應的化學方程式為__________________。

分析下列圖1、圖2、圖3，氯化銨焙燒菱錳礦的最佳條件是：焙燒溫度為_________、氯化銨與錳礦粉的質量之比為_________、焙燒時間為_________。

（2）浸出液“凈化除雜”過程如下：首先加入MnO2將Fe2+氧化為Fe3+，反應的離子方程式為_________；再調節溶液的pH將Al3+、Fe3+變為沉淀除去，溶液pH的范圍為_________；然后加入NH4F將Ca2+、Mg2+變為CaF2、MgF2沉淀除去，兩種沉淀共存時溶液中c(Ca2+)/c(Mg2+)=_________。

（3）碳化結晶時，反應的離子方程式為__________________。

（4）將制得的高純度碳酸錳溶于過量稀硫酸后用惰性電極電解，在某極得到重要的無機功能材料MnO2，該電極的電極反應式為__________________。

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分解為NH3、HCl，HCl與MnCO3反應得到MnCl2、CO2、H2O，由此寫出方程式。

按圖1、圖2、圖3，錳浸出率選擇最佳條件；

（2）MnO2在酸性條件下將Fe2＋氧化為Fe3＋；

欲使Al3+、Fe3+變為沉淀除去，溶液pH≥5.2，不使Mn2+沉淀，pH<8.8，從而確定pH范圍。

用平衡常數計算兩種沉淀共存時溶液中；

（3）碳化結晶時，可看成Mn（HCO3）2受熱分解，類比寫出離子方程。

（4）陽極得到重要的無機功能材料MnO2，失電子發生氧化反應。

（1）NH4Cl分解為NH3、HCl，HCl與MnCO3反應得到MnCl2、CO2、H2O，反應方程式為MnCO3＋2NH4ClMnCl2＋2NH3↑＋CO2↑＋H2O；

氯化銨焙燒菱錳礦的最佳條件是：焙燒溫度為500℃、氯化銨與錳礦粉的質量之比為1.10、焙燒時間為60min；

（2）MnO2在酸性條件下將Fe2＋氧化為Fe3＋，離子方程式為：MnO2＋2Fe2＋＋4H＋=Mn2＋＋2Fe3＋＋2H2O；

欲使Al3+、Fe3+變為沉淀除去，溶液pH≥5.2，不使Mn2+沉淀，pH<8.8,溶液pH的范圍為5.2≤pH<8.8；

加入NH4F將Ca2+、Mg2+變為CaF2、MgF2沉淀除去，兩種沉淀共存時溶液中=1.46×10－10/7.42×10－11=1.97.

（3）可看成Mn（HCO3）2受熱分解，離子方程式為：Mn2＋＋2HCO3－MnCO3＋CO2↑＋H2O；

（4） 將制得的高純度碳酸錳溶于過量稀硫酸后用惰性電極電解，在陽極得到重要的無機功能材料MnO2，該電極的電極反應式為Mn2＋＋2H2O－2e－=MnO2＋4H＋。陰極反應為：2H＋＋2e－=H2↑。