MnO2制備MnCO3研究報告

由MnO2制備MnCO3的方案設(shè)計與研究

沈秋彤2011012779（東北師范大學(xué)化學(xué)學(xué)院，吉林省長春市130024）【摘要】設(shè)計一實驗室可行的實驗方案由MnO2制備MnCO3。可將MnO2還原的可用還原劑很多，在比較了各種還原劑的優(yōu)缺點后，選擇最合適的方法制備 MnCO3。本方案選用草酸還原MnO2,草酸法是在酸性條件下用H2C2O42H2O將MnO2還原為Mn2+,然后與飽和的NaHCO3溶液反應(yīng)制備出碳酸錳，然后用 EDTA滴定錳的含量。一、實驗?zāi)康牧私庥蒑nO2制備MnCO啲實驗方案，并能合理地評價各方案的優(yōu)缺點；掌握在實際問題中學(xué)會控制反應(yīng)條件的方法；培養(yǎng)獨立解決實驗反饋學(xué)習(xí)的能力；熟悉過渡金屬的一些通性。二、實驗原理MnCO3為玫瑰色三角晶系菱形晶體或無定形亮白棕色粉末。俗稱“錳白” ，它是制造電信器材軟磁鐵氧體、合成二氧化錳和制造其他錳鹽的原料， 用作脫硫的氧化劑、瓷釉、涂料和清漆的顏料，也用作肥料和飼料添加劑。它同時用于醫(yī)藥、電焊條輔料等，且可用作生產(chǎn)點解金屬錳的原料。可用于還原MnO2的還原劑有炭、過氧化氫、草酸、濃鹽酸等。以下是幾種還原劑的比較：1、 C粉高溫法：碳做還原劑C+Mn02~Mn^（H2S04）Mn2+MnCO3,需用煤氣燈灼燒，反應(yīng)時間長，條件苛刻，能源消耗大，且操作不慎產(chǎn)生一氧化碳較危險。2、H202法：用過氧化氫做還原劑，反應(yīng)劇烈，難以控制溶液的 pH值。若H2O2加過量就會把Mn2+氧化成Mn4+（因h2O2具有氧化還原兩性），若H2O2加過少就難以將Mn4+完全還原成Mn2+,故而H2O2的加入量要嚴(yán)格控制。但是在實踐操作中是極難做到的， 經(jīng)過實踐證明用這個方法不易成功，制得的MnCO3也會含有許多雜質(zhì)Mn4+,故而制得的MnCO3的顏色不是肉色，而是夾雜著黑褐色或深紅色。3、 濃鹽酸法：用濃鹽酸做還原劑，反應(yīng)快且完全，但反應(yīng)生成氯氣為劇毒物，污染大氣，不符合綠色化學(xué)的要求。4、 Na2SO3法：用Na2SO3做還原劑，該方法的缺點在于會產(chǎn)生污染氣體 S02，Na2S03必須分批加入，操作較繁瑣。另外，引入的 Na2S04比較難除去。5、濃H2SO4法：用濃H2SO4做還原劑，4MnO2+6H2SW濃）=2Mn2（SO4）3+6H20+02f。紫色的Mn2（S04）3不穩(wěn)定，會轉(zhuǎn)化為MnSO4,故總反應(yīng)為2MnO2+2H2SO4（濃）=2MnS04+2H20+02f。該方法雖說比濃HC1法（要產(chǎn)生CI2）要好一些，但是仍存在缺點。該反應(yīng)過于劇烈，產(chǎn)生的02氣泡極具膨脹，會帶走許多MnO2原材料。另外，溶液是呈現(xiàn)強酸性的，再加入CO32-或HCO3-使皿門2+轉(zhuǎn)化成為MnCO3沉淀較其他方法困難一些。6、 F2C204法：HaC204+2H++MnS2HzO+2COf+MrT。這個方案的優(yōu)點就是H2C204是一種很溫和的還原劑，反應(yīng)活性也不錯，這樣就不會像 H02法那樣出現(xiàn)反應(yīng)過于劇烈和溶液pH難以控制的局面。另外，根據(jù)反應(yīng)方程式，它的產(chǎn)物是 H0和CO,用玻璃棒攪拌反應(yīng)液CO便會溢出反應(yīng)體系，這樣就不會引入其他的雜質(zhì)，為后續(xù)的洗滌除雜提供了方便。比較以上幾種方法，選擇用草酸作還原劑，條件易于控制，反應(yīng)溫和、完全。反應(yīng)方程式為：MnO2+H2C2O4+H2SO4tMnSO4+2H2O+2CO2MnSO4+2NaHCO3tMnCO3+Na2SO4+CO2+H2O用EDTA進(jìn)行返滴定測錳的含量，原理： Y4-+Mn2+tMnY2-三、儀器與藥品二氧化錳，碳酸氫鈉，草酸（H2C2O42H2O）,濃硫酸，EDTA，濃鹽酸，碳酸鈣，鉻黑T，NH3-NH4CI緩沖溶液酸式滴定管，容量瓶，濾紙，pH試紙，移液管四、實驗內(nèi)容1、MnCO3的制備（1）稱取2gMnO2于小燒杯中，向小燒杯中加入 4.8mL6moI/L硫酸。稱取3.2g草酸固體（H2C2O42H2O）,在溫水浴下加熱攪拌分多次少量加入到小燒杯中。（2）將溶液抽濾，濾液用于下一步反應(yīng)。（3）稱取6.4g碳酸氫鈉，加熱熱解成飽和溶液。將碳酸氫鈉飽和溶液滴加到（2）的濾液中，至不再產(chǎn)生沉淀（（其實在做實驗時，當(dāng)NH4HC03溶液加入一定量以后，溶液根本不是呈現(xiàn)澄清的狀況而是淡粉白色渾濁狀態(tài)，類似于膠體的樣子，故而此時再加入一滴NH4HC03溶液是極難辨別是否有MnCO3沉淀生成的，用以下方法即可解決這個問題： 用膠頭滴管吸滿一管NH4HC03溶液，伸入D燒杯中,將膠頭滴管移到該燒杯壁并將膠頭滴管貼住燒杯壁， 再擠出少量管內(nèi)溶液，這樣操作便可較容易觀察出溶液擠入點燒杯壁周圍是否有無新的 MnCO3沉淀生成。)，再補加1mL。調(diào)節(jié)pH=5~6。抽濾，用蒸餾水洗滌3次。將產(chǎn)物放入烘箱中， 50C烘干。2、錳含量的測定準(zhǔn)確稱取約4.6gEDTA，加水溶解(若不溶，可適水浴當(dāng)加熱)并定容至 250mL。準(zhǔn)確稱取約0.5g碳酸鈣，加鹽酸使溶解，加水定容至 100mL。用移液管移取10mLEDTA溶液于錐形瓶中，加入4~6滴鉻黑T指示劑(若溶液顏色淺，可適當(dāng)補加鉻黑T指示劑)和10mLNH3-NH4CI緩沖溶液。用鈣離子標(biāo)準(zhǔn)溶液對EDTA進(jìn)行標(biāo)定，平行3次。終點顏色由藍(lán)色變?yōu)樽霞t色。準(zhǔn)確稱取約0.115g樣品于錐形瓶中，加入30mLEDTA溶液，4~6滴鉻黑T指示劑和20mLNH3-NH4CI緩沖溶液。用鈣離子標(biāo)準(zhǔn)溶液進(jìn)行返滴定，平行 3次。終點顏色由藍(lán)色變紫紅色。五、 實驗現(xiàn)象1、 加入草酸過程溶液顏色變化為：黑色t棕色t(補加水且加熱后)粉白色，抽濾后濾紙上固體為白色，濾液為微黃色透明液體。2、 滴加碳酸氫銨過程中，開始時產(chǎn)生大量氣泡，隨著滴加開始產(chǎn)生沉淀同時有氣泡產(chǎn)生。沉淀完全后，靜置抽濾得粉白色固體。3標(biāo)定及滴定過程中，溶液由藍(lán)色變?yōu)闇\紫色。六、 數(shù)據(jù)記錄與處理1、制備碳酸錳：藥品名稱MnO2H2C2O4'2H2ONaHCO3m/g2.17663.21256.3805由稱得質(zhì)量可知：反應(yīng)草酸和碳酸氫鈉過量，用二氧化錳計算理論產(chǎn)量。理論產(chǎn)量=(m-MmaO2)XMmacos=2.176687X115=2.8771g實際制得碳酸錳粉白色粉末共 1.4450g產(chǎn)率=1.4450/2.8771*100%=50.%5二、錳含量的測定EDTA的標(biāo)定:【【2】郎建平，卞國慶?無機化學(xué)實驗 [M]?南京：南京大學(xué)出版社, 2009:169—170次數(shù)123Vca2+/mL20.1510.1010.15VEDTA/mL20.0010.0010.00cEDTA/mol'L10.05040.05050.0507平均cEDTA/mol'L10.0505返滴定錳:次數(shù)123Vca2+/mL14.2014.0014.48VEDTA/mL30.0030.0030.00樣品質(zhì)量/g0.11530.11360.1167錳含量38.36%39.42%37.39%錳含量的平均值38.39%錳含量={0.03XCEDTA—Vca2+XCca2+MMn/m樣品X100%理論錳含量=MMn/MMnco3X100%=54.94/114.95X100%=47.79%七、誤差分析1、 草酸加入略過量，反應(yīng)接近終點時，溶液中過量的草酸根離子與二價錳離子形成沉淀。抽濾要濾液的步驟中，殘留在濾紙上的固體很多，導(dǎo)致碳酸錳的產(chǎn)率偏低。2、 MnCO3沉淀晶型微小，不易大核沉淀。靜置時間不夠，且沒有用冰水浴冷卻，導(dǎo)致沉淀完全。3、 抽濾及轉(zhuǎn)移過程