Question

电解锰工艺过程会产生锰、镁复盐，其组成为(NH₄)₇MnMg₂(SO₄)_6.5•21H₂O。一种综合利用该复盐的工艺流程如图所示：

已知：K_sp[Mg(OH)₂]=1.8×10^-11，K_b(NH₃•H₂O)=1.8×10^-5。回答下列问题：

（1）(NH₄)₇MnMg₂(SO₄)_6.5•21H₂O的水溶液呈__________________性（填“酸”或“碱”） ，Mn的化合价为__________________。

（2）“沉锰”的离子反应方程式为__________________；滤液1溶质的主要成分有__________________。

（3）“沉锰”过程中pH和温度对Mn²⁺和Mg²⁺沉淀率的影响如图所示：

①由图可知，“沉锰”合适的条件为__________________。

②Mg²⁺主要生成的是__________________沉淀（填“Mg(OH)₂”或“MgCO₃”)，当温度高于45℃时Mg²⁺和Mn²⁺沉淀率的变化如图所示，原因是__________________。

（4）若将NH₃通入0.01mol•L^-1MgSO₄溶液至Mg²⁺完全沉淀，则此时溶液中NH₃•H₂O的物质的量浓度为__________________。(已知=1.34，忽略反应前后溶液体积的变化，计算结果保留两位有效数字）

Answer

酸 +2 HCO3-+NH3•H2O+Mn2+=MnCO3↓+NH4++H2O (NH4)2SO4、MgSO4 pH=7.5、45℃ Mg(OH)2 当温度高于45℃，随着温度升高，NH4HCO3分解，c(CO32-)下降，所以Mn2+沉淀率下降，同时，随着温度升高，Mg2+水解生成Mg(OH)2程度增大，所以Mg2+沉淀率增大 mol•L-1≈1.5mol•L-1

【解析】

(NH4)7MnMg2(SO4)6.5•21H2O经溶解加热后，分解后逸出，加入氨水和碳酸氢铵将锰离子转化为碳酸锰沉淀，过滤后，得到滤液1 ，主要成分为(NH4)2SO4、MgSO4，加入氨水后得到沉淀氢氧化镁和滤液2 为(NH4)2SO4，碳酸锰沉淀加入硫酸后，得到硫酸锰。

(1)由于(NH4)7MnMg2(SO4)6.5•21H2O属于强酸弱碱盐，水溶液呈酸性，根据所有化合价之和等于0，设Mn的化合价为x，(+1)×7+x+(+2)×2+(-2)×6.5=0，计算出Mn的化合价为+2；

(2)“沉锰”是将锰离子转化为碳酸锰沉淀，离子反应方程式为HCO3-+NH3•H2O+Mn2+=MnCO3↓+NH4++H2O；复盐溶液经沉锰后过滤得到的滤液1溶质的主要成分有(NH4)2SO4、MgSO4；

(3)①“沉锰”是为了让锰离子最大可能的沉淀，让镁离子不要沉淀，可以选择pH=7.5、45℃，这时锰离子的沉淀量最大，镁离子的沉淀量最小；

②Mg2+在碱性条件生成Mg(OH)2沉淀，当温度高于45℃，随着温度升高，NH4HCO3分解，c(CO32-)下降，所以Mn2+沉淀率下降；同时，随着温度升高，Mg2+水解生成Mg(OH)2程度增大．所以Mg2+沉淀率增大；

(4)Ksp[Mg(OH)2]=1.8×10-11， Ksp=c(Mg2+)c2(OH-)，(mol•L-1)2，由于2c (SO42-)= c (NH4+)，0.01mol•L-1MgSO4溶液中，c(SO42-)=0.01mol•L-1， c(NH4+)=0.02mol•L-1， ，Kb(NH3•H2O)=1.8×10-5，，mol•L-1≈1.5mol•L-1。