Question

【題目】磁性材料產(chǎn)業(yè)是21世紀各國競相發(fā)展的高科技支柱產(chǎn)業(yè)之一，磁性材料廣泛用于電子信息、軍事技術等領域。碳酸錳主要用于制備軟磁鐵氧體，工業(yè)上用氯化銨焙燒錳礦粉制備高純度碳酸錳的工藝流程如下：

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

②相關金屬Mn+離子c(Mn+)＝0.1molL -1形成M(OH)n沉淀的pH范圍如下：

金屬離子	Fe3+	Al3+	Fe2+	Mg2+	Ca2+	Mn2+
開始沉淀的pH	1.5	3.8	6.3	9.6	10.6	8.8
沉淀完全的pH	2.8	5.2	8.3	11.6	12.6	10.8

回答下列問題：

（1）“焙燒”時發(fā)生的主要反應的化學方程式為___。

（2）浸出液“凈化除雜”過程如下：①加入MnO2將Fe2+氧化為Fe3+；②__將Al3+、Fe3+變?yōu)槌恋沓�去；③加�?/span>NH4F將__離子沉淀除去。寫出反應①的離子方程式為___；

（3）碳化結晶時，反應的離子方程式為___。

（4）碳化結晶過程中不能用碳酸銨溶液代替碳酸氫銨溶液可能的原因是__。流程中能循環(huán)利用的物質(zhì)除了氯化銨之外還有__。

（5）測定碳酸錳產(chǎn)品的純度。

稱取0.5000g碳酸錳產(chǎn)品于錐形瓶中，加25.00mL磷酸，加熱，碳酸錳全部轉(zhuǎn)化為[Mn(PO4)2]3-，冷卻至室溫。加水稀釋至100mL，滴加2～3滴指示劑，然后用濃度為0.2000mol·L-1的硫酸亞鐵銨[(NH4)2Fe(SO4)2]標準溶液滴定（反應為：[Mn(PO4)2]3- +Fe2+＝Mn2+ +Fe3++2PO43-）。重復操作3次，記錄數(shù)據(jù)如下表：

滴定次數(shù)	0.2000mol·L-1的硫酸亞鐵銨標準溶液讀數(shù)（mL）
	滴定前	滴定后
1	0.10	20.20
2	1.32	21.32
3	1.05	20.95

則產(chǎn)品的純度=__，若滴定終點時發(fā)現(xiàn)滴定管尖嘴處產(chǎn)生了氣泡，則測得的碳酸錳粗產(chǎn)品的純度__(填“偏高”“偏低”或“無影響”)。

Answer 1

【答案】MnCO3＋2NH4ClMnCl2＋2NH3↑＋CO2↑＋H2O 調(diào)節(jié)溶液的pH Ca2+、Mg2+ MnO2＋2Fe2＋＋4H＋＝Mn2＋＋2Fe3＋＋2H2O Mn2＋＋2HCO3－MnCO3＋CO2↑＋H2O 碳酸根離子水解程度大，碳酸銨溶液中c(OH-)較大，易產(chǎn)生Mn(OH)2沉淀 CO2 92.00% 偏低

【解析】

菱錳礦的主要成分是MnCO3，還含少量Fe、Al、Ca、Mg等元素，與氯化銨混合研磨后煅燒的固體中含有氯化錳、四氧化三鐵、氧化鋁、氧化鈣和氧化鎂，加入鹽酸，浸出液中主要含有Al3+、Fe3+、Fe2+、Mn2+、Mg2+，經(jīng)過凈化后，在凈化液中加入碳酸氫銨，使錳離子沉淀，生成MnCO3，最后得到高純度MnCO3。根據(jù)此分析進行解答。

（1）“焙燒”過程的主要反應為碳酸錳與氯化銨發(fā)生反應，方程式為MnCO3＋2NH4ClMnCl2＋2NH3↑＋CO2↑＋H2O。

（2）已知Al3+、Fe3+完全沉淀的pH分別為5.2、2.8，不能影響Mn2+，故使用調(diào)節(jié)pH的方法來除去鋁離子和鐵離子。加入NH4F會生成CaF2、MgF2可用來除去Ca2+、Mg2+。①中MnO2將Fe2+氧化為Fe3+，自身反應為Mn2+，故離子方程式為MnO2＋2Fe2＋＋4H＋＝Mn2＋＋2Fe3＋＋2H2O。

（3）碳化結晶時Mn2+與碳酸氫根反應生成碳酸錳，離子方程式為：Mn2＋＋2HCO3－MnCO3＋CO2↑＋H2O。

（4）碳酸鈉溶液的堿性較強，c(OH-)較大，會產(chǎn)生Mn(OH)2沉淀，因此“沉錳”過程中，不用碳酸鈉溶液替代NH4HCO3溶液。根據(jù)以上分析可知流程中能循環(huán)利用的物質(zhì)除了氯化銨之外還有CO2。

（5）根據(jù)[Mn(PO4)2]3-+Fe2+＝Mn2+ +Fe3++2PO43-可知，[Mn(PO4)2]3-的物質(zhì)的量與硫酸亞鐵銨的物質(zhì)的量相等，則[Mn(PO4)2]3-的物質(zhì)的量與硫酸亞鐵銨的物質(zhì)的量=0.2000mol/L×0.02L=0.004mol，根據(jù)錳元素守恒，0.5000g碳酸錳粗產(chǎn)品中碳酸錳的物質(zhì)的量=0.004mol，碳酸錳粗產(chǎn)品的純度=×100%=92.00%。若滴定終點時發(fā)現(xiàn)滴定管尖嘴處產(chǎn)生了氣泡，導致標準溶液的體積偏小，則[Mn(PO4)2]3-的物質(zhì)的量偏小，測得的碳酸錳粗產(chǎn)品的純度偏低。