Question

【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“焙燒”時發生的主要反應的化學方程式為MnCO3+2 NH4ClMnCl2+2NH3↑+CO2↑+H2O

②菱錳礦的主要成分是MnCO3，還含少量Fe、Al、Ca、Mg等元素。

③相關金屬離子[c(Mn+)=0.1mol/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

④常溫下，CaF2、MgF2的溶度積分別為1.46×10－10、7.42×10－11。回答下列問題：

(1)分析下列圖1、圖2、圖3，氯化銨焙燒菱錳礦的最佳條件是：___________。

(2)浸出液“凈化除雜”過程如下：①加入MnO2。用離子方程式表示MnO2的作用___________；

②調節溶液的pH，除去Fe3+、Al3+。溶液恰當的pH范圍為___________；

③加入NH4F將Ca2+、Mg2+除去，兩種沉淀共存時溶液中c(Ca2+)=1×10－5mol·L－1，則c(Mg2+)=___________。

(3)碳化結晶過程中發生反應的離子方程式為______________________。

(4)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，可以得到重要的無機功能材料MnO2，該電極的電極反應式為______________________。

(5)25℃時，向0 .1mol/L NH3·H2O溶液中通入HC1氣體，溶液中與pOH(仿pH定義)的關系如圖所示。下列有關敘述正確的是___________。

A.C點的溶液中：c(NH3·H2O)>c(NH4+)

B.NH3·H2O的Kb=1.0×10－4.7

C.pOH=3的溶液中：c(NH4+)+c(H+) +c(NH3·H2O)=0.1mol/L+c(OH-)

D.pOH=7的溶液中的溶質是NH4Cl

Answer 1

【答案】500℃、1.10、60min MnO2+2Fe2++4H+=Mn2++2Fe3++2H2O 5.2pH<8.8 5×10-6mol/L Mn2++2HCO3-MnCO3+CO2↑+ H2O Mn2++2 H2O-2e-= MnO2+4H+ B

【解析】

（1）按圖1、圖2、圖3的錳浸出率選擇最佳條件：焙燒溫度、投料比和焙燒時間；

（2）MnO2在酸性條件下將Fe2+氧化為Fe3+，欲使Fe3+、Al3+變為沉淀而除去，溶液的pH5.2，不使Mn2+沉淀，pH<8.8，從而確定pH范圍；根據CaF2的溶度積常數計算出溶液中c(F-)，再用MgF2的溶度積常數計算出溶液中的c(Mg2+)；

（3）碳化結晶時，可看成Mn(HCO3)2受熱分解，類比寫出離子方程式；

（4）陽極得到重要的無機功能材料MnO2，失電子發生氧化反應；

（5）A.C點=0，故溶液中：c(NH3·H2O)=c(NH4+)；

B. C點=0，故溶液中：c(NH3·H2O)=c(NH4+)，NH3·H2O的Kb==c(OH-)=1.0×10－4.7；

C.pOH=3的溶液中： c(H+) -c(OH-)=10-11-10-3<0，物料守恒有c(NH4+)+c(NH3·H2O)=0.1mol/L，故c(NH4+) +c(NH3·H2O) +c(H+)-c(OH-)<0.1mol/L；

D.若溶液中的溶質是NH4Cl，為強酸弱堿鹽，水解顯酸性，pOH>7。

（1）由圖1可知焙燒溫度選擇500℃；由圖2可知氯化銨和錳礦粉投料比選擇1.10；由圖3可知焙燒時間選擇60min，

因此，本題正確答案為：500℃、1.10、60min；

（2）①MnO2在酸性條件下將Fe2+氧化為Fe3+，離子方程式為MnO2+2Fe2++4H+=Mn2++2Fe3++2H2O；

②欲使Fe3+、Al3+變為沉淀而除去，溶液的pH5.2，不使Mn2+沉淀，pH<8.8，從而確定pH范圍為5.2pH<8.8；

③根據CaF2的溶度積常數計算出溶液中c(F-)，再用MgF2的溶度積常數計算出溶液中的c(Mg2+)，c(Mg2+)=×c(Ca2+)=×1×10-5mol/L=5×10-6mol/L；

因此，本題正確答案為：MnO2+2Fe2++4H+=Mn2++2Fe3++2H2O；5.2pH<8.8；5×10-6mol/L；

（）碳化結晶時，可看成Mn(HCO3)2受熱分解，離子方程式為Mn2++2HCO3-MnCO3+CO2↑+ H2O；

因此，本題正確答案為：Mn2++2HCO3-MnCO3+CO2↑+ H2O；

（4）陽極得到重要的無機功能材料MnO2，陽極發生氧化反應，故電極反應式為Mn2++2 H2O-2e-= MnO2+4H+；

因此，本題正確答案為：Mn2++2H2O-2e-= MnO2+4H+；

（5）A.C點=0，故溶液中：c(NH3·H2O)=c(NH4+)，故A錯誤；

B. C點=0，故溶液中：c(NH3·H2O)=c(NH4+)，NH3·H2O的Kb==c(OH-)=1.0×10－4.7，故B正確；

C.pOH=3的溶液中： c(H+) -c(OH-)=10-11-10-3<0，根據物料守恒有c(NH4+)+c(NH3·H2O)=0.1mol/L，故c(NH4+) +c(NH3·H2O) +c(H+)-c(OH-)<0.1mol/L，故C錯誤；

D.若溶液中的溶質是NH4Cl，為強酸弱堿鹽，水解顯酸性，pOH>7，故D錯誤。

因此，本題正確答案為：B。