Question

（16分）高纯碳酸锰在电子工业中有重要的应用，湿法浸出软锰矿（主要成分为MnO₂，含少量Fe、Al、Mg等杂质元素）制备高纯碳酸锰的实验过程如下：

（1）浸出：浸出时温度控制在90℃~95℃之间，并且要连续搅拌3小时的目的是     ，植物粉的作用是     。

（2）除杂：①向浸出液中加入一定量的碳酸锰矿，调节浸出液的pH为3.5~5.5；

②再加入一定量的软锰矿和双氧水，过滤；

③…

操作①中使用碳酸锰调pH的优势是     ；操作②中加入双氧水不仅能将Fe²⁺氧化为Fe³⁺，而且能提高软锰矿的浸出率。写出双氧水提高软锰矿浸出率的离子方程式     。

（3）制备：在30 ℃~35 ℃下, 将碳酸氢铵溶液滴加到硫酸锰净化液中,控制反应液的最终pH在6.5~7.0，得到MnCO₃沉淀。温度控制35 ℃以下的原因是     ；该反应的化学方程式为     ；生成的MnCO₃沉淀需经充分洗涤，检验洗涤是否完全的方法是     。

（4）计算：室温下，Ksp(MnCO₃)=1.8×10^-11，Ksp(MgCO₃)=2.6×10^-5 ，已知离子浓度小于1.0×10^-5mol·L^-1时，表示该离子沉淀完全。若净化液中的c(Mg²⁺)=10^-2mol/L，试计算说明Mg²⁺的存在是否会影响MnCO₃的纯度。

Answer

（16分）

（1）提高软锰矿中锰的浸出率 作还原剂

（2）增加MnCO3的产量（或不引入新的杂质等） MnO2 + H2O2 + 2H+ =Mn2+ + 2H2O +O2↑

（3）减少碳酸氢铵的分解，提高原料利用率；

MnSO4 + 2NH4HCO3MnCO3 + (NH4)2SO4 + CO2↑+ H2O；

取最后一次的洗涤滤液1~2 mL 于试管中，向其中滴加用盐酸酸化的BaCl2溶液，若无白色沉淀产生，则表明已洗涤干净。

（4）Ksp (MnCO3)=c(Mn2+)·c(CO32-) ，当Mn2+沉淀完全时，

c(CO32-)=1.8×10-11/1.0×10-5=1.8×10-6 mol·L-1，若Mg2+也能形成沉淀，则要求Mg2+＞2.6×10-5/1.8×10-6=14.4 mol·L-1， Mg2+的浓度1mol/L远小于14.4 mol·L-1。

【解析】

试题分析：（1）控制温度，连续搅拌是为了软锰矿粉充分反应，提高软锰矿中锰的浸出率，锰元素的化合价从+4降低到+2，所以做氧化剂，则植物粉做还原剂。

（2）使用碳酸锰不会引入新的杂质，同时也能增加MnCO3的产量；双氧水能被二氧化锰氧化成氧气，方程式为： MnO2 + H2O2 + 2H+ =Mn2+ + 2H2O +O2↑。

（3）碳酸氢铵容易分解，温度低，可以减少碳酸氢铵的分解，提高原料利用率；反应方程式为：MnSO4 + 2NH4HCO3 MnCO3 + (NH4)2SO4 + CO2↑+ H2O；检验洗涤是否完全，可以看有无硫酸根离子，操作方法为：取最后一次的洗涤滤液1~2 mL 于试管中，向其中滴加用盐酸酸化的BaCl2溶液，若无白色沉淀产生，则表明已洗涤干净。

（4）Ksp (MnCO3)=c(Mn2+)·c(CO32-) ，当Mn2+沉淀完全时，c(CO32-)=1.8×10-11/1.0×10-5=1.8×10-6 mol·L-1，若Mg2+也能形成沉淀，则要求Mg2+＞2.6×10-5/1.8×10-6=14.4 mol·L-1， Mg2+的浓度1mol/L远小于14.4 mol·L-1。

考点：物质的制备，实验方案的设计，难溶电解质的转化