Question

工业上可用软锰矿（主要成分是MnO₂）和黄铁矿（主要成分是FeS₂）为主要原料制备高性能磁性材料碳酸锰（MnCO₃）。其工业流程如下：

已知：MnCO₃难溶于水、乙醇，潮湿时易被空气氧化，100℃开始分解。

回答下列问题：

（1）净化工序的目的是除去溶液中的Cu²⁺、Ca²⁺等杂质。若测得滤液中c(F^-)=0.01mol/L^-1，滤液中残留的c(Ca²⁺)=                  〔已知：K_sp(CaF₂)=1.46×10^-10〕

（2）沉锰工序中，298K、c(Mn²⁺)为1.05 mol/L^-1时，实验测得MnCO₃的产率与溶液pH、反应时间的关系如图所示。根据图中信息得出的结论是          。

（3）从沉锰工序中得到纯净MnCO₃的操作方法是：过滤、                  。

（4）为测定某软锰矿中二氧化锰的质量分数，准确称量1.20g软锰矿样品，加入2.68g草酸钠固体，再加入足量的稀硫酸并加热(杂质不参加反应)，充分反应后冷却，将所得溶液转移到250mL容量瓶中用蒸馏水稀释至刻度，从中取出25.0mL，用0.0200mol·L^-1高锰酸钾溶液进行滴定，当滴入20.0mL溶液时恰好完全反应。

已知高锰酸钾、二氧化锰在酸性条件下均能将草酸钠(Na₂C₂O₄)氧化：

2MnO₄^- + 5C₂O₄^2- + 16H⁺ =2Mn²⁺ + 10CO₂↑+ 8H₂O

MnO₂ + C₂O₄^2- + 4H⁺ = Mn²⁺ + 2CO₂↑+ 2H₂O

求该软锰矿中二氧化锰的质量分数          (写出计算过程)。

Answer

(1)1.46×10-6 mol/L

(2)pH等于7.0时反应速率最快，且MnCO3的产率最高(或pH越大得到的MnCO3的产率越高，所需要的时间越短，且在pH=7时，有更好的效果)

(3)先水洗2-3次，再用乙醇洗涤、低温干燥(或低于100℃干燥)

(4)n(C2O42-)= 2.68g÷134g/mol=0.02mol

滴定250mL稀释后溶液，消耗n(MnO4-)=0.0200mol/L×0.0200L×10=0.00400mol

根据氧化还原反应中得失电子数相等

n(MnO2)×2+0.00400mol×5=0.0200mol×2，n(MnO2)=0.0100mol

w(MnO2)=×100%=72.5%

【解析】

试题分析：(1)由于流程第二步加入了石灰引入了Ca2+杂质，因此除去溶液中的Cu2+、Ca2+等杂质可分别使用(NH4)2S和NH4F，生成CuS、CaF沉淀除去，根据已知氟化钙的溶度积和c(F-)可知：c(Ca2+)===1.46×10-6mol•L-1，故答案为：1.46×10-6mol•L-1；

(2)从沉锰的图象可以看出，在已给的几个pH值条件下，pH越大得到的MnCO3的产率越高，且需要的时间越短，且在pH=7时，有更好的效果，因此结论是pH等于7.0时反应速率最快，且MnCO3的产率最高，故答案为：pH等于7.0时反应速率最快，且MnCO3的产率最高；

(3)因为MnCO3难溶于水、乙醇，潮湿时易被空气氧化，100℃开始分解，因此从沉锰工序中得到纯净MnCO3，先水洗2-3次，再用乙醇洗涤、低温干燥；故答案为：先水洗2-3次，再用乙醇洗涤、低温干燥；

(4)n(C2O42-)= 2.68g÷134g/mol=0.02mol

滴定250mL稀释后溶液，消耗n(MnO4-)=0.0200mol/L×0.0200L×10=0.00400mol

根据氧化还原反应中得失电子数相等

n(MnO2)×2+0.00400mol×5=0.0200mol×2，n(MnO2)=0.0100mol

w(MnO2)=×100%=72.5%，故答案为：72.5%。

考点：考查了物质制备实验方案的设计、物质分离和提纯的方法和基本操作综合应用的相关知识。