Question

钛酸锰（MnTiO₃）纳米材料是一种多用途催化剂。工业上用红钛锰矿（主要成分有MnTiO₃，还含有少量FeO、Fe₂O₃、SiO₂等杂质）来制备MnTiO₃，其工艺流程如图所示：

已知①红钛锰矿“酸溶”后Ti元素主要以TiO²⁺的形式存在；

②H₂TiO₃不溶于无机酸和碱，不溶于水；

③在空气中加热无水MnCl₂分解放出HCl，生成Mn₃O₄。

回答下列问题：

（1）“粉碎”的目的是__。

（2）“酸溶”中发生的主要反应化学方程式为__。

（3）为了更好地把滤渣2分离出来，除搅拌外，还需要（填操作名称）___。

（4）“氧化”的氧化剂选用的是高锰酸钾，而不选择通常人们认可的绿色氧化剂“双氧水”，除了高锰酸钾氧化性强、反应快之外，还可能的原因是__（写出一条即可）。

（5）“沉锰”的条件一般控制在45℃以下的原因是__。

（6）TiO²⁺的水解率受温度和H⁺浓度的影响如图所示，TiO²⁺最适宜的水解条件是__。

（7）测定所得MnCl₂·xH₂O晶体中结晶水的含量。取29.70g样品加热分解，热重曲线（TG）如图所示。

所得氯化锰晶体x的值是__。

Answer

增大接触面积，加快反应速度，提高浸取率 MnTiO3+2H2SO4=MnSO4+TiOSO4+2H2O 加热(或电泳) 根据反应过程中颜色变化可以判断Fe2＋是否氧化完全(或Fe2＋、Fe3＋存在时，加速H2O2分解，导致原料利用率太低，答案合理即可) 升温可以加快反应速度，但超过45℃，NH4HCO3易分解，所以控制在45℃以下可以提高原料利用率(转化率) 温度105℃，H＋浓度0.90g·L－1 4

【解析】

红钛锰矿（主要成分有MnTiO3，还含有少量FeO、Fe2O3、SiO2等杂质），粉碎后加较浓硫酸进行酸浸，生成FeSO4 、Fe2(SO4)3、MnTiO3+2H2SO4=MnSO4+TiOSO4+2H2O，生成MnSO4、TiOSO4，滤渣1为SiO2等不溶杂质，“氧化”的氧化剂选用的是高锰酸钾，将Fe2＋氧化成Fe3＋，加热促进Fe3＋水解生成Fe(OH)3沉淀，滤渣2为Fe(OH)3沉淀，沉锰的反应为：MnSO4+2NH4HCO3=(NH4)2SO4+MnCO3↓+CO2↑+H2O，向TiOSO4中加水：TiO2＋+2H2O=H2TiO3+2H＋，生成H2TiO3，与MnCl2·xH2O共熔生成钛酸锰。

（1）“粉碎”的目的是增大接触面积，加快反应速度，提高浸取率。故答案为：增大接触面积，加快反应速度，提高浸取率；

（2）“酸溶”中发生的主要反应MnTiO3与H2SO4发生反应生成TiOSO4和MnSO4，化学方程式为MnTiO3+2H2SO4=MnSO4+TiOSO4+2H2O。故答案为：MnTiO3+2H2SO4=MnSO4+TiOSO4+2H2O；

（3）滤渣2是Fe(OH)3，生成时可能以胶体形式存在，为了更好地把滤渣2分离出来，除搅拌外，还需要（填操作名称）加热促进铁离子水解使胶体变成沉淀(或电泳使其移向阴极)。故答案为：加热(或电泳)；

（4）“氧化”的氧化剂选用的是高锰酸钾，而不选择通常人们认可的绿色氧化剂“双氧水”，除了高锰酸钾氧化性强、反应快之外，还可能的原因是：根据反应过程中颜色变化可以判断Fe2＋是否氧化完全(或Fe2＋、Fe3＋存在时，加速H2O2分解，导致原料利用率太低，答案合理即可)（写出一条即可）。故答案为：根据反应过程中颜色变化可以判断Fe2＋是否氧化完全(或Fe2＋、Fe3＋存在时，加速H2O2分解，导致原料利用率太低，答案合理即可)；

（5）沉锰的反应为：MnSO4+2NH4HCO3=(NH4)2SO4+MnCO3↓+CO2↑+H2O，“沉锰”的条件一般控制在45℃以下的原因是升温可以加快反应速度，但超过45℃，NH4HCO3易分解，所以控制在45℃以下可以提高原料利用率(转化率)。故答案为：升温可以加快反应速度，但超过45℃，NH4HCO3易分解，所以控制在45℃以下可以提高原料利用率(转化率)；

（6）由图TiO2+的水解率最高时，读出温度和H+浓度，TiO2+最适宜的水解条件是温度105℃，H＋浓度0.90g·L－1。故答案为：温度105℃，H＋浓度0.90g·L－1；

（7）由题中信息，在空气中加热无水MnCl2分解放出HCl，生成Mn3O4。200℃时，失去全部结晶水， ，x=4，所得氯化锰晶体x的值是4。故答案为：4。