Question

【題目】無水氯化錳在電子技術(shù)和精細化工領(lǐng)域有重要應(yīng)用。一種由粗錳粉(主要雜質(zhì)為Fe、Ni、Pb等金屬單質(zhì))制備無水氯化錳的工藝如下(部分操作和條件略)。

I．向粗錳粉中加入鹽酸，控制溶液的pH約為5，測定離子的初始濃度。靜置一段時間后錳粉仍略有剩余，過濾；

II．向I的濾液中加入一定量鹽酸，再加入溶液，充分反應(yīng)后加入固體調(diào)節(jié)溶液的pH約為5，過濾；

III．向II的濾液中通入氣體，待充分反應(yīng)后加熱一段時間，冷卻后過濾；

IV．濃縮、結(jié)晶、過濾、洗滌、脫水得到無水MnCl2。

各步驟中對雜質(zhì)離子的去除情況

初始濃度/mg·L–1	21.02	4.95	5.86
步驟I后/ mg·L–1	12.85	3.80	3.39
步驟II后/ mg·L–1	0.25	3.76	3.38
步驟III后/ mg·L–1	0.10(達標)	3.19(未達標)	0.12(達標)

已知：金屬活動性Mn＞Fe＞Ni＞Pb

(1)錳和鹽酸反應(yīng)的化學(xué)方程式是_______。

(2)步驟I中：

①Fe2+濃度降，濾渣中存在。結(jié)合離子方程式解釋原因：_______。

②Pb2+濃度降低，分析步驟I中發(fā)生的反應(yīng)為：Pb + 2H+ = Pb2+ + H2↑、______。

(3)步驟II中：

①酸性溶液的作用：_______。

②結(jié)合離子方程式說明MnCO3的作用： _______。

(4)步驟III通入H2S后， Ni2+不達標而達標。推測溶解度：PbS_____NiS（填“>”或“<”）。

(5)測定無水的含量：將a g 樣品溶于一定量硫酸和磷酸的混合溶液中，加入稍過量，使氧化為。待充分反應(yīng)后持續(xù)加熱一段時間，冷卻后用b mol/L硫酸亞鐵銨滴定，消耗c mL 硫酸亞鐵銨。（已知：滴定過程中發(fā)生的反應(yīng)為：Fe2+ + Mn3+ = Fe3+ + Mn2+）

①樣品中MnCl2的質(zhì)量分數(shù)是_____（已知：MnCl2的摩爾質(zhì)量是126 g·mol-1）。

②“持續(xù)加熱”的目的是使過量的分解。若不加熱，測定結(jié)果會______（填“偏高”、“偏低”或“無影響”）。

Answer 1

【答案】Mn + 2HCl = MnCl2 + H2↑ 空氣中的O2 將部分Fe2+氧化為Fe(OH)3沉淀，相關(guān)的離子方程式為：4Fe2+ + O2 + 10H2O = 4Fe(OH)3↓+ 8H+ Pb2+ + Mn = Pb + Mn2+ 將剩余Fe2+氧化為Fe3+，調(diào)節(jié)pH使Fe3+轉(zhuǎn)化為Fe(OH)3沉淀除去 MnCO3+2H+=Mn2++H2O+CO2↑,Fe3++3H2OFe(OH)3+3H+ ＜ 偏高

【解析】

制備無水氯化錳的原料是含有Fe，Ni，Pb等金屬雜質(zhì)的粗錳粉，因此制備過程中要將Fe，Ni，Pb等雜質(zhì)元素去除；第一步將粗錳粉加酸溶解，Fe溶解后產(chǎn)生Fe2+，由于其還原性較強，容易被氧氣氧化；由于金屬活動性Mn＞Fe＞Ni＞Pb，所以溶液中Pb2+會與未反應(yīng)完全的Mn反應(yīng)，造成Pb2+濃度下降；第二步加入過氧化氫，主要是為了將Fe2+氧化為Fe3+，便于沉淀法去除；第三步通入H2S，是想通過生成硫化物沉淀的方式去除殘余的Zn2+和Pb2+，由于Pb的去除達標，而Zn的仍未達標，所以PbS的溶解度應(yīng)該更低。

(1)Mn與鹽酸反應(yīng)的化學(xué)方程式為：；

(2)①將粗錳粉酸浸后，Fe單質(zhì)轉(zhuǎn)化為還原性較強的Fe2+，靜置一段時間，Fe2+會被空氣中的氧氣氧化，進而生成Fe(OH)3沉淀，相應(yīng)的離子方程式為：；

②由于金屬活動性Mn＞Fe＞Ni＞Pb，所以溶液中Pb2+會與未反應(yīng)完全的Mn反應(yīng)，造成Pb2+濃度下降，因此與之相關(guān)的反應(yīng)為：；

(3)①通過分析可知，過氧化氫的作用是將溶液中的Fe2+氧化為Fe3+，便于調(diào)節(jié)pH值將其轉(zhuǎn)化為Fe(OH)3沉淀除去；

②通過分析可知，MnCO3的作用即調(diào)節(jié)溶液的pH值以便于Fe3+沉淀，相關(guān)的離子方程式為：以及；

(4)通過分析可知，PbS的溶解度更��；

(5)①由題可知，ag無水氯化錳中的Mn2+經(jīng)過氧化后全部轉(zhuǎn)變?yōu)?/span>Mn3+，硫酸亞鐵銨與Mn3+反應(yīng)時，Mn3+和Fe2+按照1:1反應(yīng)，所以MnCl2的質(zhì)量分數(shù)為：；

②若不加熱，溶液中剩余的硝酸銨會在酸性條件下體現(xiàn)氧化性能與硫酸亞鐵銨發(fā)生反應(yīng)，這樣會使消耗的硫酸亞鐵銨偏大，那么最終求出的純度也偏大。