【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菱錳礦石主要成分是MnCO3,還含有少量Fe、AlCa、Mg等元素;

②常溫下,CaF2、MgF2的溶度積分別為1.46×10-10、7.42×10-11

③相關金屬離子c(Mn+)=0.1mol/L形成氯氧化物沉淀時的pH如下:

金屬離子

Al3+

Fe3+

Fe2+

Ca2+

Mn2+

Mg2+

開始沉淀的pH

3.8

1.5

6.3

10.6

8.8

9.6

沉淀完全的pH

5.2

2.8

8.3

12.6

10.8

11.6

回答下列問題:

(1)“焙燒”時發(fā)生的主要化學反應方程式為______________________。

(2)分析下列圖1、圖2,氯化銨焙燒菱鎂礦的最佳條件是:焙燒溫度_________,氯化銨與菱鎂礦粉的質量之比為_________。

(3)浸出液“凈化除雜”過程如下:首先加入MnO2Fe2+氧化為Fe3+,反應的離子方程式______;然后調節(jié)溶液pH使Fe3+、Al3+沉淀完全,此時溶液的pH范圍為_________。再加入NH4F沉淀Ca2+、Mg2+,當c(Ca2+)=1.0×10-5mol/L時,c(Mg2+)=______mol/L

(4)碳化結晶時,發(fā)生反應的離子方程式為____________________________。

(5)流程中能循環(huán)利用的固態(tài)物質是____________。

【答案】MnCO3+2NH4ClMnCl2+2NH3↑+CO2↑+H2O 500℃ 1.10 MnO2+2Fe2++4H+=Mn2++2Fe3++2H2O 5.2≤pH<8.8 5×10-6 Mn2++2HCO3-MnCO3↓+CO2↑+H2O NH4Cl

【解析】

根據(jù)流程:將菱鎂礦粉(主要成分是MnCO3,還含有少量Fe、AlCa、Mg等元素)與氯化銨混合研磨后焙燒:MnCO3+2NH4ClMnCl2+2NH3↑+CO2↑+H2O,浸出,浸出液含有Mn2+Fe2+、Al3+、Ca2+Mg2+,加入MnO2Fe2+氧化為Fe3+MnO2+2Fe2++4H+=Mn2++2Fe3++2H2O,然后調節(jié)溶液pH范圍5.2≤pH8.8使Fe3+、A13+沉淀完全,再加入NH4F沉淀Ca2+Mg2+,過濾除去Fe(OH)3、Al(OH)3、CaF2、MgF2,凈化液的成分主要含有MnCl2,加入碳酸氫銨碳化結晶,發(fā)生反應:Mn2++2HCO3-MnCO3↓+CO2↑+H2O,過濾,得到MnCO3產(chǎn)品和濾液NH4Cl,將濾液NH4Cl蒸發(fā)結晶得到NH4Cl晶體可循環(huán)使用,據(jù)此分析作答。

(1)根據(jù)流程,菱鎂礦粉與氯化銨混合研磨后焙燒得到氨氣、二氧化碳和Mn2+,主要化學反應方程式為:MnCO3+2NH4ClMnCl2+2NH3↑+CO2↑+H2O;

(2)由圖可知,錳的浸出率隨著焙燒溫度、氯化銨與菱鎂礦粉的質量之比、焙燒時間增大而提高,到500℃、1.10、60min達到最高,再增大錳的浸出率變化不明顯,故氯化銨焙燒菱鎂礦的最佳條件是焙燒溫度500℃,氯化銨與菱鎂礦粉的質量之比為1.10

(3)浸出液含有Mn2+、Fe2+、Al3+、Ca2+Mg2+,加入MnO2Fe2+氧化為Fe3+MnO2+2Fe2++4H+=Mn2++2Fe3++2H2O;然后調節(jié)溶液pH使Fe3+、A13+沉淀完全,同時不使Mn2+沉淀,根據(jù)表可知調節(jié)溶液pH范圍5.2≤pH8.8,再加入NH4F沉淀Ca2+Mg2+,已知:CaF2、MgF2的溶度積分別為1.46×10-107.42×10-11,當c(Ca2+)=1.0×10-5mo1L-1時,c2(F-)==1.46×10-5mol/Lc(Mg2+)==5.0×10-6mol/L;

(4)凈化液的成分主要含有MnCl2,碳化結晶時,發(fā)生反應的離子方程式為Mn2++2HCO3-MnCO3↓+CO2↑+H2O;

(5)根據(jù)分析和流程可知,可以循環(huán)使用的固體物質是NH4Cl。

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物質

CH3OH

CH3OCH3

H2O

c/mol·L-1

0.08

1.6

1.6

A. 此時刻反應達到平衡狀態(tài)

B. 容器內(nèi)壓強不變時,說明反應達平衡狀態(tài)

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B.1.0 mol CO+2.0 mol H2O(g)+0.5 mol He

C.1.0 mol CO+1.0 mol H2O(g)+1.0 mol CO2+1.0 mol H2

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