Question

【題目】高純MnCO3在電子工業(yè)中有重要的應(yīng)用，工業(yè)上利用軟錳礦(主要成分是MnO2，還含有Fe2O3、CaCO3、CuO等雜質(zhì))制取碳酸錳的流程如圖所示：

已知：還原焙燒主反應(yīng)為2MnO2＋C2MnO＋CO2↑。

可能用到的數(shù)據(jù)如下：

根據(jù)要求回答下列問題：

(1)在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行步驟A，混合物應(yīng)放在__________中加熱；步驟C中的濾渣為__________。

(2)步驟D中氧化劑與還原劑的物質(zhì)的量之比為__________。

(3)步驟E中調(diào)節(jié)pH的范圍為____________，其目的是______________________________。

(4)步驟G，溫度控制在35℃以下的原因是____________________________________，若Mn2+恰好沉淀完全時(shí)測(cè)得溶液中CO32-的濃度為2.2×10－6mol/L，則Ksp(MnCO3)＝____________。

(5)生成的MnCO3沉淀需經(jīng)充分洗滌，檢驗(yàn)洗滌是否干凈的方法是_____________________。

(6)現(xiàn)用滴定法測(cè)定產(chǎn)品中錳元素的含量。實(shí)驗(yàn)步驟：稱取3.300 g試樣，向其中加入稍過量的磷酸和硝酸，加熱使產(chǎn)品中MnCO3完全轉(zhuǎn)化為[Mn(PO4)2]3－(其中NO3-完全轉(zhuǎn)化為NO2－)；加入稍過量的硫酸銨，發(fā)生反應(yīng)NO2-＋NH4＋＝N2↑＋2H2O以除去NO2-；加入稀硫酸酸化，再加入60.00 mL 0.500 mol·L－1硫酸亞鐵銨溶液，發(fā)生的反應(yīng)為[Mn(PO4)2]3－＋Fe2＋＝Mn2＋＋Fe3＋＋2PO43－；用5.00 mL 0.500 mol·L－1酸性K2Cr2O7溶液恰好除去過量的Fe2＋。

①酸性K2Cr2O7溶液與Fe2+反應(yīng)的離子方程式為_____________________________________。

②試樣中錳元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為____________。

Answer 1

【答案】坩堝 C、 Cu和CaSO4 1∶2 3.7≤pH＜8.1 使Fe3＋轉(zhuǎn)化為Fe(OH)3而除去，而不影響Mn2＋ 減少碳酸氫銨的分解，提高原料利用率 2.2×10－11 取少量最后一次的洗滌液于試管中，向其中滴加用鹽酸酸化的BaCl2溶液，若無(wú)白色沉淀產(chǎn)生，則表明已洗滌干凈 6Fe2＋＋Cr2O72-＋14H＋=6Fe3＋＋2Cr3＋＋7H2O 25%

【解析】

(1)~(5)原料加木炭焙燒，主要發(fā)生2MnO2+C2MnO+CO2↑，且C與Fe2O3、CuO發(fā)生反應(yīng)，生成Fe、Cu，再用硫酸酸浸過濾得到MnSO4、FeSO4溶液，過濾分離出濾渣為不和稀硫酸反應(yīng)的Cu、過量的木炭以及碳酸鈣轉(zhuǎn)化成的CaSO4，再氧化、調(diào)節(jié)pH除去Fe3+得到MnSO4溶液，最后與NH4HCO3反應(yīng)生成MnCO3，分離烘干得到MnCO3，以此來(lái)解答。

(6)滴定原理為：利用酸性K2Cr2O7滴定剩余的Fe2+的量，從而確定與[Mn(PO4)2]3－反應(yīng)的Fe2+的量，繼而確定Mn元素的量。

(1)高溫焙燒物質(zhì)應(yīng)在坩堝中進(jìn)行；根據(jù)分析可知濾渣為C、Cu和CaSO4；

(2)步驟D中MnO2被還原成Mn2+，化合價(jià)降低2價(jià)，Fe2+被氧化成Fe3+，化合價(jià)升高1價(jià)，根據(jù)得失電子守恒，氧化劑與還原劑的物質(zhì)的量之比為1：2；

(3)此時(shí)溶液中的雜質(zhì)主要為Fe3+，結(jié)合表中數(shù)據(jù)可知步驟E中調(diào)節(jié)pH的范圍為3.7≤pH＜8.3，其目的是使鐵離子轉(zhuǎn)化為氫氧化鐵而除去，而不影響Mn2+；

(4)銨鹽不穩(wěn)定，受熱易分解，所以步驟G中溫度需控制在35℃以下，減少碳酸氫銨的分解，提高原料利用率；Mn2＋恰好沉淀完全時(shí)可認(rèn)為c(Mn2+)=10-5mol/L，Ksp(MnCO3)= c(Mn2+)·c(CO32-)=10-5×2.2×10－6=2.2×10-11；

(5)生成的MnCO3沉淀可能附著有硫酸鹽，所以檢驗(yàn)是否含有硫酸根即可確認(rèn)沉淀是否洗滌干凈，具體操作為：取少量最后一次的洗滌液于試管中，向其中滴加用鹽酸酸化的BaCl2溶液，若無(wú)白色沉淀產(chǎn)生，則表明已洗滌干凈；

(6)①酸性K2Cr2O7具有強(qiáng)氧化性，可以把亞鐵離子氧化成鐵離子，自身被還原成Cr3+，根據(jù)電子守恒、電荷守恒和原子守恒可得離子方程式為6Fe2＋＋Cr2O72-＋14H＋=6Fe3+＋2Cr3＋＋7H2O；

②根據(jù)方程式6Fe2＋＋Cr2O72-＋14H＋=6Fe3＋＋2Cr3＋＋7H2O可知剩余n(Fe2+)= 0.500 mol·L-1×0.005L×6=0.015mol，則與[Mn(PO4)2]3－反應(yīng)的n(Fe2+)=0.500 mol·L-1×0.06L-0.015mol=0.015mol，根據(jù)方程式[Mn(PO4)2]3-＋Fe2＋＝Mn2＋＋Fe3＋＋2PO43－可知n(Mn)=0.015mol，所以錳元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為=25%。