Question

【題目】碳酸錳（MnCO3）是制造電信器材的軟磁鐵氧體，也用作脫硫的催化劑，瓷釉、涂料和清漆的顏料。工業上利用軟錳礦（主要成分是MnO2，還含有Fe2O3、CaCO3、CuO等雜質）制取碳酸錳的流程如下圖所示：

已知：還原焙燒主反應為：2MnO2+C2MnO+CO2↑。

可能用到的數據如下：

氫氧化物	Fe(OH)3	Fe(OH)2	Cu(OH)2	Mn(OH)2
開始沉淀pH	1.5	6.5	4.2	8.3
沉淀完全pH	3.7	9.7	7.4	9.8

根據要求回答下列問題：

（1）步驟B中若采用質量分數為35%的硫酸（密度ρ=1.26 g/cm3），則其物質的量濃度為____。

（2）步驟C中得到的濾渣主要成分是______________________________，步驟D中還原劑與氧化劑的物質的量之比為_____________________________。

（3）步驟E中調節pH的范圍為______________________________。

（4）步驟G的離子方程式為_________________________________________，若Mn2+沉淀完全時測得溶液中CO32－的濃度為2.2×10－6 mol/L，則Ksp(MnCO3)=___________。

（5）實驗室可以用Na2S2O8溶液來檢驗Mn2+是否完全發生反應，原理為：____Mn2+ +____ S2O82－ + _____H2O = __________________________________，

①請完成上述離子方程式； _____________

②請描述Mn2+未完全反應時出現的現象__________。

Answer 1

【答案】4.5 mol/L CaSO4和Cu 2:1 大于3.7小于8.3 Mn2++2HCO3－=MnCO3↓+CO2↑+H2O Ksp(MnCO3)=2.2×10－11 2Mn2++5S2O82－+8H2O=16H++10SO42－+2MnO4－ 無色變紫紅色

【解析】

軟錳礦主要成分為MnO2，還含有CaCO3、Fe2O3、Al2O3等雜質，還原焙燒主反應為：2MnO2+C═2MnO+CO2↑，加入硫酸酸浸過濾后的溶液中加入二氧化錳氧化亞鐵離子，加入10%的氫氧化鈉溶液調節溶液PH4.5使鐵離子全部沉淀，過濾后的濾液中加入Na2S沉淀重金屬離子可以除去Pb2+、Al3+等離子，濾液中加入碳銨發生復分解反應生成碳酸錳，分離烘干得到成品。

（1）步驟B中若采用質量分數為35%的硫酸（密度ρ=1.26 g/cm3），則其物質的量濃度為=4.5 mol/L，故答案為：4.5 mol/L；

（2）步驟C中得到的濾渣是不溶于水的Cu和微溶的CaSO4，步驟D中加入MnO2氧化溶液中的Fe2+，其中Mn從+4價降為+2價，Fe從+2價升高為+3價，Fe2+是還原劑，根據電子守恒，還原劑與氧化劑的物質的量之比為2:1，故答案為：CaSO4和Cu；2:1；

（3）由圖表可知為了使Fe3+轉化為Fe(OH)3而除去，而不影響Mn2+，步驟E中調節pH的范圍為大于3.7小于8.3，故答案為：大于3.7小于8.3；

（4）在含有Mn2+的溶液中加入碳酸氫銨生成MnCO3沉淀，發生反應的離子方程式為Mn2++2HCO3－=MnCO3↓+CO2↑+H2O，若Mn2+沉淀完全時其濃度為1×10－5mol/L，溶液中CO32－的濃度為2.2×10－6 mol/L，則Ksp(MnCO3)=c(1×10－5mol/L)×c(2.2×10－6)=2.2×10－11，故答案為：Mn2++2HCO3－=MnCO3↓+CO2↑+H2O；Ksp(MnCO3)=2.2×10－11；

（5）實驗室可以用Na2S2O8溶液來檢驗Mn2+是否完全發生反應，原理為：Mn2++S2O82－+H2O=H++SO42－+MnO4－。

①Mn2++S2O82－+H2O=H++SO42－+MnO4－中Mn從+2價升高為+7價，S從+7價降為+6價，根據電子守恒，Mn2+前系數為2，S2O82－前系數為5，再結合電荷守恒和原子守恒得此反應的離子方程式2Mn2++5S2O82－+8H2O=16H++10SO42－+2MnO4－，故答案為：2Mn2++5S2O82－+8H2O=16H++10SO42－+2MnO4－；

②取少量試樣于試管中，滴入Na2S2O8溶液，溶液不變為紫色，可確認Mn2+離子已經完全反應，故答案為：無色變紫紅色。