工業(yè)上用軟錳礦(主要成分是 MnO2,還含有少量鋁、銅的氧化物等雜質(zhì))和黃鐵礦(主要成分是 FeS2,還含有硅、鋁的氧化物等雜質(zhì))制備碳酸錳并回收硫酸銨,其主要工藝流程如下:
已知金屬離子從開始形成氫氧化物沉淀,到沉淀完全時(shí)溶液的pH如下表:
金屬離子 |
Fe2+ |
Fe3+ |
Al3+ |
Cu2+ |
Zn2+ |
Mn2+ |
開始沉淀 pH |
7.5 |
2.7 |
4.1 |
5.9 |
5.9 |
7.8 |
完全沉淀 pH |
9.5 |
3.7 |
5.4 |
6.9 |
8.9 |
11.4 |
(1)“混合”過(guò)程中,F(xiàn)e
2+、Fe
3+的質(zhì)量濃度、Mn浸出率與時(shí)間的關(guān)系如圖1所示。
①20~80 min內(nèi),浸出Mn元素的主要離子方程式為
3MnO2+2FeS2+12H+=3Mn2++4S+2Fe3++6H2O
3MnO2+2FeS2+12H+=3Mn2++4S+2Fe3++6H2O
。
②80~100 min時(shí),F(xiàn)e
2+濃度上升的原因可能是
80~100min時(shí),錳浸出率很高,剩余MnO2較少,F(xiàn)eS2浸出的Fe2+與MnO2接觸機(jī)會(huì)減少
80~100min時(shí),錳浸出率很高,剩余MnO2較少,F(xiàn)eS2浸出的Fe2+與MnO2接觸機(jī)會(huì)減少
。
(2)“除雜”時(shí)使用(NH
4)
2S而不使用Na
2S的原因是
Na2S為強(qiáng)堿弱酸鹽溶液堿性強(qiáng),部分Mn2+會(huì)生成Mn(OH)2沉淀,同時(shí)會(huì)在(NH4)2SO4中帶有Na+雜質(zhì)
Na2S為強(qiáng)堿弱酸鹽溶液堿性強(qiáng),部分Mn2+會(huì)生成Mn(OH)2沉淀,同時(shí)會(huì)在(NH4)2SO4中帶有Na+雜質(zhì)
。
(3)①“碳化”時(shí)需要50℃水浴加熱,發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為
2HCO
3-+Mn
2+MnCO
3↓+H
2O+CO
2↑
2HCO
3-+Mn
2+MnCO
3↓+H
2O+CO
2↑
。
②實(shí)際制取MnCO
3時(shí),一般選擇氨水-NH
4HCO
3混合溶液代替NH
4HCO
3固體,這樣改進(jìn)的優(yōu)點(diǎn)是
增大c(CO32-),吸收CO2氣體,防止溶液外溢造成危險(xiǎn)或提高NH4HCO3的利用率
增大c(CO32-),吸收CO2氣體,防止溶液外溢造成危險(xiǎn)或提高NH4HCO3的利用率
。
(4)某同學(xué)欲以某粗碳酸錳(含少量 Fe
2O
3、ZnO)為原料,制備MnSO
4?H
2O晶體。已知pH>11時(shí)Zn(OH)
2能溶于NaOH溶液生成[Zn(OH)
4]
2-。圖2給出MnSO
4?H
2O的溶解度隨溫度變化的曲線圖。請(qǐng)結(jié)合題給信息補(bǔ)充完整由粗碳酸錳制備MnSO
4?H
2O晶體的實(shí)驗(yàn)步驟:稱取一定質(zhì)量的粗碳酸錳,加入足量的稀硫酸充分反應(yīng),
邊攪拌邊逐滴滴加1.0mol?L-1NaOH溶液調(diào)節(jié)pH為3.7≤pH<7.8,F(xiàn)e3+完全沉淀,Mn2+還沒有沉淀,過(guò)濾除去氫氧化鐵;向?yàn)V液中滴加1.0mol?L-1NaOH溶液,調(diào)節(jié)pH≥11.4,使Mn2+沉淀完全,殘留的Zn2+轉(zhuǎn)化為[Zn(OH)4]2-,過(guò)濾、洗滌;向?yàn)V渣中加入適量的稀硫酸至固體完全溶解得硫酸錳溶液;溫度控制100℃左右蒸發(fā)結(jié)晶,出現(xiàn)大量晶體后,控制溫度在40℃趁熱過(guò)濾,洗滌干燥
邊攪拌邊逐滴滴加1.0mol?L-1NaOH溶液調(diào)節(jié)pH為3.7≤pH<7.8,F(xiàn)e3+完全沉淀,Mn2+還沒有沉淀,過(guò)濾除去氫氧化鐵;向?yàn)V液中滴加1.0mol?L-1NaOH溶液,調(diào)節(jié)pH≥11.4,使Mn2+沉淀完全,殘留的Zn2+轉(zhuǎn)化為[Zn(OH)4]2-,過(guò)濾、洗滌;向?yàn)V渣中加入適量的稀硫酸至固體完全溶解得硫酸錳溶液;溫度控制100℃左右蒸發(fā)結(jié)晶,出現(xiàn)大量晶體后,控制溫度在40℃趁熱過(guò)濾,洗滌干燥
。(實(shí)驗(yàn)中須使用的試劑:1.0mol?L
-1NaOH溶液、稀硫酸)
【答案】3MnO
2+2FeS
2+12H
+=3Mn
2++4S+2Fe
3++6H
2O;80~100min時(shí),錳浸出率很高,剩余MnO
2較少,F(xiàn)eS
2浸出的Fe
2+與MnO
2接觸機(jī)會(huì)減少;Na
2S為強(qiáng)堿弱酸鹽溶液堿性強(qiáng),部分Mn
2+會(huì)生成Mn(OH)
2沉淀,同時(shí)會(huì)在(NH
4)
2SO
4中帶有Na
+雜質(zhì);2HCO
3-+Mn
2+MnCO
3↓+H
2O+CO
2↑;增大c(CO
32-),吸收CO
2氣體,防止溶液外溢造成危險(xiǎn)或提高NH
4HCO
3的利用率;邊攪拌邊逐滴滴加1.0mol?L
-1NaOH溶液調(diào)節(jié)pH為3.7≤pH<7.8,F(xiàn)e
3+完全沉淀,Mn
2+還沒有沉淀,過(guò)濾除去氫氧化鐵;向?yàn)V液中滴加1.0mol?L
-1NaOH溶液,調(diào)節(jié)pH≥11.4,使Mn
2+沉淀完全,殘留的Zn
2+轉(zhuǎn)化為[Zn(OH)4]
2-,過(guò)濾、洗滌;向?yàn)V渣中加入適量的稀硫酸至固體完全溶解得硫酸錳溶液;溫度控制100℃左右蒸發(fā)結(jié)晶,出現(xiàn)大量晶體后,控制溫度在40℃趁熱過(guò)濾,洗滌干燥