【題目】菱錳礦的主要成分是MnCO3,還含有少量Fe、Al、Ca、Mg等元素。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相關金屬離子[c0(Mn+)=0.1 mol/L]形成氫氧化物沉淀的pH范圍如下:

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

②常溫下,CaF2、MgF2的溶度積常數(shù)分別為1.46×1010、 7.42×1011

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__________。氣體X________(填化學式),寫出它生活中的一種用途_______________。

(2)焙燒時溫度對錳浸出率的影響如圖所示。焙燒時適應溫度為_______________。

(3)浸出液凈化除雜過程如下:首先用MnO2Fe2+氧化為Fe3+,再調(diào)節(jié)溶液的pHAl3+Fe3+變成沉淀除去,溶液的pH的范圍為____然后加入NH4FCa2+、Mg2+轉(zhuǎn)化為CaF2、MgF2沉淀除去,兩種沉淀共存時,溶液中 =________(所得結(jié)果保留兩位小數(shù))。

(4)碳化結(jié)晶的原理(用離子方程式表示): ______________________。

(5)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_________。

(6)在該工藝流程中可以循環(huán)使用的物質(zhì)有__________。(填化學式)

【答案】MnCO3+2NH4ClMnCl2+2NH3↑+CO2↑+H2O CO2 人工降雨、肥料、降解塑料、滅火、碳酸飲料等 500 5.2≤pH<8.8 1.97 Mn2++HCO3-+NH3=MnCO3+NH4+ Mn2+-2e- +2H2O=MnO2+4H+ NH4Cl、NH3

【解析】

菱錳礦的主要成分為MnCO3,加入氯化銨焙燒發(fā)生MnCO3+2NH4ClMnCl2+2NH3↑+CO2↑+H2O,產(chǎn)生的氣體為CO2NH3、水蒸氣,Fe、Al、Ca、Mg等與NH4Cl反應會產(chǎn)生FeCl2、CaCl2MgCl2、AlCl3,所以浸出液中含MnCl2、FeCl2CaCl2、MgCl2、AlCl3等,結(jié)合表中離子的沉淀pH及信息可知,浸取液凈化除雜時加入少量MnO2氧化Fe2+Fe3+,加氨水調(diào)pH,生成沉淀氫氧化鐵和氫氧化鋁,加入NH4F,除去Ca2+、Mg2+,凈化液加入碳酸氫銨碳化結(jié)晶過濾得到碳酸錳,

(1)NH4Cl分解為NH3、HCl,HClMnCO3反應得到MnCl2、CO2、H2O,由此寫出方程式;結(jié)合流程圖可確定XCO2,根據(jù)CO2的性質(zhì)判斷物質(zhì)的用途;

(2)使錳浸出率達到最大值的最低溫度就是合適的溫度;

(3)MnO2在酸性條件下將Fe2+氧化為Fe3+;欲使Al3+、Fe3+變?yōu)槌恋沓ィ皇?/span>Mn2+沉淀溶液pH大于等于Al3+、Fe3+完全沉淀的pH而小于Mn2+開始沉淀的pH即可確定pH范圍;加入NH4FCa2+Mg2+轉(zhuǎn)化為CaF2、MgF2沉淀除去,兩種沉淀共存時,溶液中從而可根據(jù)二者的溶度積常數(shù)計算;

(4)碳化結(jié)晶時, Mn2+、HCO3-、NH3發(fā)生復分解反應;

(5)陽極得到重要的無機功能材料MnO2,失電子發(fā)生氧化反應。

(6)在該工藝流程中可以循環(huán)使用的物質(zhì)是加入的反應物,發(fā)生反應又產(chǎn)生該物質(zhì),結(jié)合反應流程分析判斷。

(1)NH4Cl分解為NH3、HClHClMnCO3反應得到MnCl2、CO2H2O,反應方程式為MnCO3+2NH4ClMnCl2+2NH3↑+CO2↑+H2O;菱錳礦中的Fe、Al、CaMg等與NH4Cl反應會產(chǎn)生FeCl2、CaCl2MgCl2、AlCl3,所以浸出液中含MnCl2、FeCl2、CaCl2、MgCl2AlCl3等,浸出液經(jīng)凈化除雜后,向溶液中加入NH3H2ONH4HCO3,反應產(chǎn)生MnCO3NH4Cl,所以氣體XCO2,氣體YNH3,CO2可用于人工降雨、肥料、降解塑料、滅火、碳酸飲料等;

(2)根據(jù)焙燒時溫度對錳浸出率的影響圖示可知:焙燒時適應溫度為500℃;

(3)MnO2在酸性條件下將Fe2+氧化為Fe3+,MnO2+4H++2Fe2+=Mn2++2Fe3++2H2O,欲使Al3+Fe3+變?yōu)槌恋沓,而不?/span>Mn2+沉淀溶液,溶液的pH應該大于或等于Al3+Fe3+完全沉淀的pH而小于Mn2+開始沉淀的pH即可,根據(jù)沉淀的pH表格數(shù)據(jù)可知溶液pH范圍為5.2≤pH<8.8;加入NH4FCa2+Mg2+轉(zhuǎn)化為CaF2、MgF2沉淀除去,兩種沉淀共存時,溶液中

(4)碳化結(jié)晶時, Mn2+HCO3-、NH3發(fā)生復分解反應,反應的離子方程式為:Mn2+-2e- +2H2O=MnO2+4H+;

(5)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,在陽極上,Mn2+失去電子變?yōu)?/span>MnO2。電極反應式為Mn2++2H2O-2e-=MnO2+4H+;

(6)菱鎂礦用NH4Cl溶解,在焙燒時產(chǎn)生NH3,在碳化結(jié)晶時向溶液中通入NH3,同時有反應產(chǎn)生NH4Cl,可見循環(huán)使用的物質(zhì)有NH4Cl、NH3。

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B. 1.大量元素、2.主要元素、3.基本元素、4.最基本元素

C. 1.基本元素、2.最基本元素、3.大量元素、4.主要元素

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Mg緊鄰的Ni________個。

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