Question

【題目】某地菱錳礦的主要成分為MnCO3，還含有少量的FeCO3、CaCO3、Al2O3等雜質(zhì)。工業(yè)上以菱錳礦為原料制備高純度碳酸錳的流程如圖所示：

已知：MnCO3+2NH4Cl=MnCl2+CO2↑+2NH3↑+H2O．

相關(guān)金屬離子[c0（Mn+）=0.1mol·L－1]形成氫氧化物沉淀的pH范圍如下：

金屬離子	Mn2+	Fe2+	Fe3+	Al3+
開始沉淀的pH	8.1	6.3	1.5	3.4
沉淀完全的pH	10.1	8.3	2.8	4.7

（1）焙燒時溫度對錳浸取率的影響如圖。焙燒時適宜的溫度為___________左右；800℃以上錳的浸取率偏低，可能的原因是___________。

（2）凈化包含三步：①加入少量MnO2，添加少量MnO2的作用是____________。發(fā)生反應的離子方程式為___________。

②加氨水調(diào)pH，溶液的pH范圍應調(diào)節(jié)為___________～8.1之間。生成的沉淀主要是___________。

③加入MnF2，沉淀除去Ca2+，若溶液酸度過高，Ca2+沉淀不完全，原因是___________。

（3）碳化結(jié)晶中生成MnCO3的離子方程式為____________。

Answer 1

【答案】500℃ 溫度過高，NH4Cl分解導致與MnCO3的反應不徹底（或MnCO3分解發(fā)生其他副反應；或MnCl2揮發(fā)導致Mn損失；或高溫下錳被氧化成高價態(tài)造成浸取率低；或高溫使固體燒結(jié)，固體表面積減小等） 將Fe2+氧化為Fe3+ MnO2＋2Fe2＋＋4H＋===Mn2＋＋2Fe3＋＋2H2O 4.7 Fe（OH）3、Al（OH）3 F- 與H+ 結(jié)合形成弱電解質(zhì)HF，CaF2（s）Ca2+（aq）+F—（aq）平衡向右移動 )Mn2＋＋HCO3-＋NH3===MnCO3↓＋NH4+

【解析】

(1)由圖示得到，500 ℃時，錳的浸取率已經(jīng)很大；溫度很高時，氯化銨受熱分解、MnCO3分解發(fā)生其他副反應等；

(2)①加入二氧化錳的目的是為了將Fe2＋氧化為Fe3＋；

②加氨水調(diào)溶液pH的目的是使溶液中Fe3＋和Al3＋轉(zhuǎn)化為Fe(OH)3沉淀和Al(OH)3沉淀除去；

③若溶液酸度過高，F- 與H+ 結(jié)合形成弱酸HF，使CaF2溶解平衡向右移動；

(3)碳化結(jié)晶是氯化錳溶液與碳酸氫銨和氨水應得到碳酸錳沉淀。

(1)由圖示得到，500 ℃時，錳的浸取率已經(jīng)很大，所以選取500℃即可，沒有必要選擇更高的溫度，因為溫度越高，能耗越大；溫度很高時，浸取率下降，有可能是高溫下氯化銨分解使反應的量減少；或生成的氯化錳轉(zhuǎn)化為氣體離開體系；或高溫下發(fā)生副反應，錳轉(zhuǎn)化為其他化合物；或高溫使固體燒結(jié)，固體表面積減小等，故答案為：500℃；溫度過高，NH4Cl分解導致與MnCO3的反應不徹底（或MnCO3分解發(fā)生其他副反應；或MnCl2揮發(fā)導致Mn損失；或高溫下錳被氧化成高價態(tài)造成浸取率低；或高溫使固體燒結(jié)，固體表面積減小等）；

(2)①加入二氧化錳的目的是為了將Fe2＋氧化為Fe3＋，反應的化學方程式為MnO2＋2Fe2＋＋4H＋===Mn2＋＋2Fe3＋＋2H2O，故答案為：MnO2＋2Fe2＋＋4H＋===Mn2＋＋2Fe3＋＋2H2O；

②加氨水調(diào)溶液pH的目的是使溶液中Fe3＋和Al3＋轉(zhuǎn)化為Fe(OH)3沉淀和Al(OH)3沉淀除去，由題給表格數(shù)據(jù)可知，溶液的pH范圍調(diào)節(jié)在4.7～8.1之間時，F(xiàn)e3＋和Al3＋完全沉淀，而Mn2＋不沉淀，故答案為：4.7；

③加入MnF2目的是沉淀除去Ca2+，CaF2在溶液中存在溶解平衡CaF2（s）Ca2+（aq）+F—（aq），若溶液酸度過高，F- 與H+ 結(jié)合形成弱酸HF，F—濃度減小，溶解平衡向右移動，使Ca2+沉淀不完全，故答案為：F- 與H+ 結(jié)合形成弱電解質(zhì)HF，CaF2（s）Ca2+（aq）+F—（aq）平衡向右移動；

(3)碳化結(jié)晶是向氯化錳溶液中加入碳酸氫銨和氨水，反應得到碳酸錳沉淀，反應的化學方程式為Mn2＋＋HCO3-＋NH3===MnCO3↓＋NH4+，故答案為：Mn2＋＋HCO3-＋NH3===MnCO3↓＋NH4+。