Question

碳酸锰（MnCO₃）是制造电信器材的软磁铁氧体，也用作脱硫的催化剂，瓷釉、涂料和清漆的颜料。工业上利用软锰矿（主要成分是MnO₂，还含有Fe₂O₃、CaCO₃、CuO等杂质）制取碳酸锰的流程如下图所示：

已知：还原焙烧主反应为：2MnO₂+C2MnO+CO₂↑。

可能用到的数据如下：

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

根据要求回答下列问题：

（1）在实验室进行步骤A，需要用到的仪器为________________，步骤B中若采用质量分数为35%的硫酸（密度ρ=1.26 g/cm³），则其物质的量浓度为_________。

（2）步骤C中得到的滤渣主要成分是_______________，步骤D中还原剂与氧化剂的物质的量之比为__________。

（3）步骤E中调节pH的范围为________，其目的是_____________________________。

（4）步骤G的离子方程式为___________________，若Mn²⁺沉淀完全时测得溶液中CO₃^2－的浓度为2.2×10^－6 mol/L，则K_sp(MnCO₃)=__________。

（5）实验室可以用Na₂S₂O₈溶液来检验Mn²⁺是否完全发生反应，原理为：

Mn²⁺+S₂O₈^2－+H₂O=H⁺+SO₄^2－+MnO₄^－，

①请配平上述离子方程式____________________________；

②确认Mn²⁺离子已经完全反应的现象是_______________________________。

Answer

坩埚 4.5 mol/L CaSO4和Cu 2:1 大于3.7小于8.3 使Fe3+转化为Fe(OH)3而除去，而不影响Mn2+ Mn2++2HCO3－=MnCO3↓+CO2↑+H2O Ksp(MnCO3)=2.2×10－11 2Mn2++5S2O82－+8H2O=16H++10SO42－+2MnO4－ 取少量试样于试管中，滴入Na2S2O8溶液，溶液不变为紫色

【解析】（1）固体焙烧应在 坩埚中进行；步骤B中若采用质量分数为35%的硫酸（密度ρ=1.26 g/cm3），则其物质的量浓度为=4.5 mol/L；

（2）步骤C中得到的滤渣是不溶于水的Cu和微溶的CaSO4，步骤D中加入MnO2氧化溶液中的Fe2+，其中Mn从+4价降为+2价，Fe从+2价升高为+3价，Fe2+是还原剂，根据电子守恒，还原剂与氧化剂的物质的量之比为2:1；

（3）由图表可知为了使Fe3+转化为Fe(OH)3而除去，而不影响Mn2+，步骤E中调节pH的范围为大于3.7小于8.3；

（4）在含有Mn2+的溶液中加入碳酸氢铵生成MnCO3沉淀，发生反应的离子方程式为Mn2++2HCO3－=MnCO3↓+CO2↑+H2O，若Mn2+沉淀完全时其浓度为1×10－5mol/L，溶液中CO32－的浓度为2.2×10－6 mol/L，则Ksp(MnCO3)=c(1×10－5mol/L)×c(2.2×10－6)=2.2×10－11；

（5）实验室可以用Na2S2O8溶液来检验Mn2+是否完全发生反应，原理为：

Mn2++S2O82－+H2O=H++SO42－+MnO4－，

①Mn2++S2O82－+H2O=H++SO42－+MnO4－中Mn从+2价升高为+7价，S从+7价降为+6价，根据电子守恒，Mn2+前系数为2，S2O82－前系数为5，再结合电荷守恒和原子守恒得此反应的离子方程式2Mn2++5S2O82－+8H2O=16H++10SO42－+2MnO4－；

②取少量试样于试管中，滴入Na2S2O8溶液，溶液不变为紫色，可确认Mn2+离子已经完全反应。

点睛：明确工艺流程是解题关键，软锰矿主要成分为MnO2，还含有CaCO3、Fe2O3、Al2O3等杂质，还原焙烧主反应为：2MnO2+C═2MnO+CO2↑．加入硫酸酸浸过滤后的溶液中加入二氧化锰氧化亚铁离子，加入10%的氢氧化钠溶液调节溶液PH4.5使铁离子全部沉淀，过滤后的滤液中加入Na2S沉淀重金属离子可以除去Pb2+、Al3+等离子，滤液中加入碳铵发生复分解反应生成碳酸锰，分离烘干得到成品。