Question

10．高純碳酸錳在電子工業(yè)中有重要的應(yīng)用，濕法浸出軟錳礦（主要成分為MnO₂，含少量Fe、Al、Mg等雜質(zhì)元素）制備高純碳酸錳的實(shí)驗(yàn)過程如圖：
（1）浸出：浸出時(shí)溫度控制在90℃～95℃之間，并且要連續(xù)攪拌3小時(shí)的目的是提高軟錳礦中錳的浸出率，植物粉的作用是作還原劑．
（2）除雜：①向浸出液中加入一定量的碳酸錳礦，調(diào)節(jié)浸出液的pH為3.5～5.5；
②再加入一定量的軟錳礦和雙氧水，過濾；
③…
操作①中使用碳酸錳調(diào)pH的優(yōu)勢(shì)是增加MnCO₃的產(chǎn)量（或不引入新的雜質(zhì)等）；操作②中加入雙氧水不僅能將Fe²⁺氧化為Fe³⁺，而且能提高軟錳礦的浸出率．寫出雙氧水提高軟錳礦浸出率的離子方程式MnO₂+H₂O₂+2H⁺=Mn²⁺+2H₂O+O₂↑．
（3）制備：在30℃～35℃下，將碳酸氫銨溶液滴加到硫酸錳凈化液中，控制反應(yīng)液的最終pH在6.5～7.0，得到MnCO₃沉淀．溫度控制35℃以下的原因是減少碳酸氫銨的分解，提高原料利用率；該反應(yīng)的化學(xué)方程式為MnSO₄+2NH₄HCO₃ $\frac{\underline{\;30℃-35℃\;}}{\;}$MnCO₃+（NH₄）₂SO₄+CO₂↑+H₂O；生成的MnCO₃沉淀需經(jīng)充分洗滌，檢驗(yàn)洗滌是否完全的方法是取最后一次的洗滌濾液1～2mL于試管中，向其中滴加用鹽酸酸化的BaCl₂溶液，若無白色沉淀產(chǎn)生，則表明已洗滌干凈．
（4）計(jì)算：室溫下，Ksp（MnCO₃）=1.8×10^-11，Ksp（MgCO₃）=2.6×10^-5，已知離子濃度小于1.0×10^-5mol•L^-1時(shí)，表示該離子沉淀完全．若凈化液中的c（Mg²⁺）=10^-2mol/L，試計(jì)算說明Mg²⁺的存在是否會(huì)影響MnCO₃的純度．

Answer 1

分析 濕法浸出軟錳礦（主要成分為MnO₂，含少量Fe、Al、Mg等雜質(zhì)元素）制備高純碳酸錳，加入濃硫酸和植物粉浸出過濾得到濾液除去雜質(zhì)，加入碳酸氫銨形成沉淀通過一系列操作得到高純碳酸錳，
（1）升溫?cái)嚢瓒伎梢约涌煳镔|(zhì)的溶解反應(yīng)速率；加入植物粉是一種還原劑；
（2）使用碳酸錳調(diào)pH的優(yōu)勢(shì)是不引入新的雜質(zhì)；二氧化錳氧化過氧化氫為氧氣，本身被還原為錳離子；
（3）依據(jù)碳酸氫銨受熱易分解分析，在30℃～35℃下，將碳酸氫銨溶液滴加到硫酸錳凈化液中，控制反應(yīng)液的最終pH在6.5～7.0，得到MnCO₃沉淀，硫酸銨，二氧化碳和水，生成的MnCO₃沉淀需經(jīng)充分洗滌，檢驗(yàn)洗滌是否完全的方法是取最后一次洗滌液檢驗(yàn)是否含有硫酸根離子設(shè)計(jì)；
（4）Ksp （MnCO₃）=c（Mn²⁺）•c（CO₃^2-），當(dāng)Mn²⁺沉淀完全時(shí)，c（CO₃^2-）=1.8×10^-11/1.0×10^-5=1.8×10^-6 mol•L^-1，若Mg²⁺也能形成沉淀，則要求Mg²⁺＞2.6×10^-5/1.8×10^-6=14.4 mol•L^-1，Mg²⁺的濃度0.01mol/L遠(yuǎn)小于14.4 mol•L^-1．

解答 解：濕法浸出軟錳礦（主要成分為MnO₂，含少量Fe、Al、Mg等雜質(zhì)元素）制備高純碳酸錳，加入濃硫酸和植物粉浸出過濾得到濾液除去雜質(zhì)，加入碳酸氫銨形成沉淀通過一系列操作得到高純碳酸錳，
（1）升溫、攪拌都可以加快物質(zhì)的溶解反應(yīng)速率，浸出時(shí)溫度控制在90℃～95℃之間，并且要連續(xù)攪拌3小時(shí)的目的是提高軟錳礦中錳的浸出率；加入植物粉是一種還原劑，
故答案為：提高軟錳礦中錳的浸出率；作還原劑；
（2）使用碳酸錳調(diào)pH的優(yōu)勢(shì)是不引入新的雜質(zhì)；酸性溶液中二氧化錳氧化過氧化氫為氧氣，本身被還原為錳離子，反應(yīng)的離子方程式為：MnO₂+H₂O₂+2H⁺=Mn²⁺+2H₂O+O₂↑，
故答案為：增加MnCO₃的產(chǎn)量（或不引入新的雜質(zhì)等）；MnO₂+H₂O₂+2H⁺=Mn²⁺+2H₂O+O₂↑；
（3）依據(jù)碳酸氫銨受熱易分解分析，溫度控制35℃以下的原因是防止碳酸氫銨分解，在30℃～35℃下，將碳酸氫銨溶液滴加到硫酸錳凈化液中，控制反應(yīng)液的最終pH在6.5～7.0，得到MnCO₃沉淀，硫酸銨，二氧化碳和水，反應(yīng)的化學(xué)方程式為：MnSO₄+2NH₄HCO₃ $\frac{\underline{\;30℃-35℃\;}}{\;}$MnCO₃+（NH₄）₂SO₄+CO₂↑+H₂O，生成的MnCO₃沉淀需經(jīng)充分洗滌，檢驗(yàn)洗滌是否完全的方法是取最后一次洗滌液檢驗(yàn)是否含有硫酸根離子設(shè)計(jì)，取最后一次的洗滌濾液1～2 mL 于試管中，向其中滴加用鹽酸酸化的BaCl₂溶液，若無白色沉淀產(chǎn)生，則表明已洗滌干凈．
故答案為：減少碳酸氫銨的分解，提高原料利用率；MnSO₄+2NH₄HCO₃ $\frac{\underline{\;30℃-35℃\;}}{\;}$MnCO₃+（NH₄）₂SO₄+CO₂↑+H₂O；取最后一次的洗滌濾液1～2 mL 于試管中，向其中滴加用鹽酸酸化的BaCl₂溶液，若無白色沉淀產(chǎn)生，則表明已洗滌干凈；
（4）Ksp （MnCO₃）=c（Mn²⁺）•c（CO₃^2-），當(dāng)Mn²⁺沉淀完全時(shí)，c（CO₃^2-）=$\frac{1.8×1{0}^{-11}}{1.0}$×10^-5=1.8×10^-6 mol•L^-1，若Mg²⁺也能形成沉淀，則要求Mg²⁺＞2.6×10^-5/1.8×10^-6=14.4 mol•L^-1，Mg²⁺的濃度0.01mol/L遠(yuǎn)小于14.4 mol•L^-1，若凈化液中的c（Mg²⁺）=10^-2mol/L，說明Mg²⁺的存在不會(huì)影響MnCO₃的純度，
答：Ksp （MnCO₃）=c（Mn²⁺）•c（CO₃^2-），當(dāng)Mn²⁺沉淀完全時(shí)，c（CO₃^2-）=$\frac{1.8×1{0}^{-11}}{1.0}$×10^-5=1.8×10^-6 mol•L^-1，若Mg²⁺也能形成沉淀，則要求Mg²⁺＞2.6×10^-5/1.8×10^-6=14.4 mol•L^-1，Mg²⁺的濃度0.01mol/L遠(yuǎn)小于14.4 mol•L^-1，若凈化液中的c（Mg²⁺）=10^-2mol/L，說明Mg²⁺的存在不會(huì)影響MnCO₃的純度．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了制備方案的設(shè)計(jì)，為高頻考點(diǎn)，題目難度中等，明確流程分析及混合物分離方法、發(fā)生的反應(yīng)為解答的關(guān)鍵，試題知識(shí)點(diǎn)較多，充分考查了學(xué)生的分析能力及化學(xué)實(shí)驗(yàn)、化學(xué)計(jì)算能力．