Question

碳酸锰是制取其他含锰化合物的原料，也可用作脱硫的催化剂等。一种焙烧氯化铵和菱锰矿粉制备高纯度碳酸锰的工艺流程如图所示

已知①菱锰矿粉的主要成分是MnCO₃，还有少量的Fe、Al、Ca、Mg等元素②常温下，相关金属离子在浓度为0.1mol/L时形成M(OH)n沉淀的pH范围如表

金属离子	Al^3^＋	Fe^3^＋	Fe^2^＋	Ca^2+	Mn^2^＋	Mg^2^＋
开始沉淀的pH	3.8	1.5	6.3	10.6	8.8	9.6
沉淀完全的pH	5.2	2.8	8.3	12.6	10.8	11.6

回答下列问题：

（1）“混合研磨”的作用为____________

（2）分析图1、图2，焙烧氯化铵、菱锰矿粉的最佳条件是：温度____________，m（NH₄Cl）:（锰矿粉）=____________。

（3）“焙烧”时发生的主要反应的化学方程式为____________

（4）净化除杂流程如下

①已知几种物质氧化能力的强弱顺序为(NH₄)₂S₂O₈＞KMnO₄＞MnO₂＞Fe^3＋，常温下KMnO₄能氧化盐酸产生氯气，则氧化剂X宜选择____________

A．(NH₄)₂S₂O₈ B．MnO₂ C．KMnO₄

②调节pH时，pH可取的范围为____________

③常温下Ksp(CaF₂)=3.20×10^－12；Ksp(MgF₂)=7.29×10^－11.当溶液中离子浓度小于或等于1×10^－5mol/L时可认为离子沉淀完全。要使Ca^2＋和Mg^2＋都沉淀完全，沉淀后的溶液中F^－的浓度不低于____________。

（5）“碳化结晶”过程中不能用碳酸铵代替碳酸氢铵，可能的原因是____________

Answer

增大反应物接触面，加快反应速率，提高原料的利用率（或转化率） 500℃ 1.10 MnCO3+2NH4ClMnCl2+2NH3↑+CO2↑+H2O B 5.2≤pH<8.8 2.7×10-3mol/L 水解程度大于，易生成锰的氢氧化物沉淀

【解析】

菱锰矿的主要成分为MnCO3，加入氯化铵焙烧发生的主要反应为MnCO3+2NH4ClMnCl2+2NH3↑+CO2↑+H2O，酸浸后其中Fe、Al、Ca、Mg等元素也被溶解生成Fe2+、Al3+、Ca2+、Mg2+，所以浸出液含有Mn2+、Fe2+、Al3+、Ca2+、Mg2+，结合表中离子的沉淀pH及信息可知，加入MnO2将Fe2+氧化为Fe3+，再加氨水调节溶液的pH将Al3+、Fe3+变为Al(OH)3、Fe(OH)3沉淀除去，然后加入NH4F将Ca2+、Mg2+以CaF2、MgF2沉淀除去，净化液主要溶质主要为MnCl2、NH4Cl，加入碳酸氢铵发生反应生成MnCO3，碳化结晶，过滤，滤饼干燥后得到MnCO3，滤液为NH4Cl溶液，蒸发结晶得到NH4Cl固体，可循环使用。

(1)“混合研磨”可增大反应物的接触面积，加快反应速率，则“混合研磨”的作用为增大反应物的接触面积，加快反应速率，故答案为：增大反应物的接触面积，加快反应速率；
(2) 根据图可知，锰的浸出率随着温度的升高而增大，随着m(NH4Cl)：m(锰矿粉)增大而增大，500℃、m(NH4Cl)：m(锰矿粉)=1.10时，锰的浸出率较高，温度再高，m(NH4Cl)：m(锰矿粉)再大，浸出率变化不大，成本增加，故焙烧温度取500℃、m(NH4Cl)：m(锰矿粉)=1.10即可；故答案为：500℃；1.10；

(3) 根据以上分析可知，“焙烧”时发生的主要反应的化学方程式为MnCO3+2NH4ClMnCl2+2NH3↑+CO2↑+H2O。故答案为：MnCO3+2NH4ClMnCl2+2NH3↑+CO2↑+H2O；

(4)①根据氧化能力的强弱顺序(NH4)2S2O8＞KMnO4＞MnO2＞Fe3＋，且常温下KMnO4能氧化盐酸产生氯气，为防止除杂时影响到Mn元素，需要把浸出液中的Fe2+氧化为Fe3+，为了防止Cl-被氧化，且容易除去过量的氧化剂，最合适的试剂为MnO2，且MnO2的还原产物为Mn2+，不引入新杂质；故答案为：B；
②欲使Al3+、Fe3+变为沉淀除去，溶液pH⩾5.2，不使Mn2+沉淀，pH<8.8，溶液pH的范围为5.2⩽pH<8.8；故答案为：5.2⩽pH<8.8；
③加入NH4F将Ca2+、Mg2+变为CaF2、MgF2沉淀除去，已知常温下Ksp（CaF2）=3.20×10－12，Ksp（MgF2）=7.29×10－11，则CaF2、MgF2更容易沉淀，故共存时溶液中，Mg2+沉淀完全时钙离子也已沉淀完全，则c(F−)，则此时氟离子浓度不低于2.7×10-3mol/L；故答案为：2.7×10-3mol/L；
(5)因为碳酸根离子水解程度大，碳酸铵溶液中c(OH−)较大，易产生Mn(OH)2沉淀，故碳化结晶过程中不能用碳酸铵溶液代替碳酸氢铵溶液；故答案为：碳酸根离子水解程度大，碳酸铵溶液中c(OH−)较大，易产生Mn(OH)2沉淀。