由二氧化锰制备碳酸锰 东北师大 许冬

由MnO2制备MnCO3的方案设计与实验研究报告

报告人：许冬

年级：2010级

学院：化学学院

学号：1231410028

由MnO2制备MnCO3的方案设计与实验研究

摘要查阅资料找出由Mn02制备MnC03的几种实验方案，再通过对比各个方案的优缺点来选出较为合适的以H2C204为还原剂的方案并对实验结果进行分析。草酸法是在酸性条件下用H2C204·2H20将MnO2还原为Mn2+，然后与饱和的NH4HCO3溶液反应制备出MnCO3，该方法产率较高，实验条件控制较为便利；锰含量分析采用EDTA滴定法，用样品配制的溶液滴定已由Ca2+标定过的EDTA溶液，从而计算出样品中锰的含量。关键词设计、比较、制备、产率、锰含量测定、分析

一、实验目的

(1)了解由MnO2制备MnCO3的实验方案，并能合理地评价各方案的优

缺点；

(2)掌握在实际问题中学会控制反应条件的方法；

(3)培养独立设计实验、解决问题及实验反馈的基本素质；

(4)熟悉并掌握过渡金属的一些通性。

二、实验原理

1、MnCO3的用途及简单制备流程

MnCO3俗称“锰白”，是生产电讯器材铁氧体的原料。工业用MnCO3广泛用作脱硫催化剂、瓷釉颜料、清漆催干剂和制造其他锰盐的原料。也可用于医药、机械零件和磷化处理等方面。

由MnO2制备MnCO3的实验流程：MnO2→Mn2+→MnCO3

2、实验室由MnO2制备MnCO3的设计方案比较

由MnO2制备MnCO3的实验流程：MnO2→Mn2+→MnCO3 ，可用的还原剂很多，如C、Fe2+、H2C2O4，H2O2等，以下就来分析使用不同还原剂各自的优缺点：

（1）C粉高温法

高温H2SO4

C + Mn02 ---→Mn ---→Mn2+ →MnCO3 。该方法需要高温，这就需要用到酒精喷灯，能源消耗大。另外，C在高温加热条件下会生成CO等污染气体，如果操作不慎，CO气体产生得较多会使实验者有CO中毒的危险，故而这个方案不宜在实验室里进行操作。

（2）Fe2+法

MnO2 + Fe2+ → Mn2+ + Fe3+。要使Mn2+稳定存在于溶液中，溶液的pH要保持在3～7之间，但这样的偏酸性条件会使Fe3+变成Fe(OH)3 (使Fe3+

完全沉淀的pH=2～3)。另外要制备MnCO3，就要向溶液中加入CO32-或HCO32-，而FeCO3和Mn(OH)2都是沉淀，Fe(OH)3也是红褐色沉淀，所以要通过控制溶液的酸碱度使Fe3+预先沉淀掉才可以制备得到较纯净的MnCO3，但这样操作较麻烦。另外，Fe3+、Fe2+也容易形成胶体，一旦有MnCO3沉淀产生，对胶体的吸附作用是不可避免的，故而所制得的MnCO3会含有杂质，后续的洗涤除杂较麻烦。另外，实验操作步骤增多也会影响到产率。

（3）I－法

该法由于I-在溶液中的溶解度不大，要保证氧化还原反应能较彻底地进行，就要保证I-在溶液中的浓度。I-+I2→I3-，I3-是配离子，一般较稳定，I3-和MnO2反应会困难一些。另外，产物中会有I2 ，I2是有毒的，但可以通过加萃取剂，将其萃取到烧杯底部，使其不易挥发出来。由于萃取作用是根据相似相溶原则，I-也会溶于下层萃取剂层，使和MnO2反应的I-的量大大减少。另外，萃取剂一般是不与水互溶的，故而这就隔离了MnO2和I-反应。总的来说，该法在产率方面较其他方法差一些。

（4）浓HCI法

该种方法最大的缺点在于它的产物中会出现Cl2剧毒物，是污染物，不符合绿色化学实验的要求。另外，该方法和H202法有相似的缺点，即无法很好地控制浓盐酸的使用量。

（5）浓H2SO4法

4Mn02 + 6H2S04(浓)= 2Mn2(SO4)3 + 6H20 + 02↑。紫色的Mn2(S04)3不稳定，会转化为MnSO4，故总反应为2MnO2 + 2H2SO4(浓)= 2MnSO4 + 2H20 + 02↑。该方法虽说比浓HC1法(要产生Cl2)要好一些，但是仍存在缺点。该反应过于剧烈，产生的02气泡极具膨胀，会带走许多MnO2原材料。另外，溶液是呈现强酸性的，再加入CO32-或HCO3-使Mn2+转化成为MnCO3沉淀较其他方法困难一些。

（6）Na2SO3法

该方法的缺点在于会产生污染气体S02，Na2S03必须分批加入，操作较繁琐。另外，引入的Na2S04比较难除去。

（7）H202法

这种方法的好处是H202是一种绿色环保试剂，但明显的缺点是很难控制溶液的pH值和H202的滴加速度。将H202(一般用30％)溶液中加入H2S04

溶液以后再加到装有MnO2的烧杯中，该反应极为剧烈，又极难控制各物质的量的比例。若H2O2加过量就会把Mn2+氧化成Mn4+(因H2O2具有氧化还原两性)，若H2O2加过少就难以将Mn4+完全还原成Mn2+，故而H202的加入量要严格控制。但是在实际操作中是极难做到的，经过实践证明用这个方法不易成功，制得的MnCO3也会含有许多杂质Mn4+，故而制得的MnCO3的颜色不是白色，而是夹杂着黑褐色或深红色。

（8）H2C204法

H2C204 + 2H+ + MnO2 → 2H2O + 2CO2↑+ Mn2+。这个方案的优点是H2C204是一种很温和的还原剂，反应活性也不错，这样就不会像H202法那样出现反应过于剧烈和溶液pH难以控制的局面。另外，根据反应方程式，它的产物是H20和CO2,用玻璃棒搅拌反应液，CO2便会溢出反应体系，这样就不会引入其他的杂质，为后续的洗涤除杂提供了方便。在实验室里比较适合让学生进行实验操作的是H2C204法和H2O2法。

讨论比较的结论：

实验室中由Mn02制备MnCO3采取H2C204法是最合适的，这种方法具有条件易于控制、反应条件温和、易于提纯等优点，适合在实验室里推广并适合学生进行实验设计，掌握无机化合物的制备方法。

3、用NH4HCO3饱和溶液和Mn2+的盐溶液反应生MnCO3·H2O，它是白色固体(实际是略带粉色)，加热含结晶水的MnCO3·H2O得无水MnCO3。MnCO3室温下稳定存在，在高于100℃条件下分解为MnO和CO2 ，在高于330℃条件下分解得Mn3O4或Mn2O3及CO和CO2。MnCO3是弱酸盐且易溶于强酸，故常用作制备其它锰盐的原料。故而可以用MnO2和适当浓度的硫酸在微热的条件下再加一些H2C2O4制得MnSO4 。

H2C204·2H20(s)+ MnO2(s) + H2SO4(aq)= MnSO4(aq)+ CO2(g)+ 2H20

再将所得的溶液进行抽虑除去MnC204（微溶于水）和未反应的MnO2即可得MnSO4溶液，再在MnSO4溶液中加入饱和的NH4HCO3溶液：

MnSO4 + 2NH4HCO3 = MnCO3↓+ (NH4)2SO4 + CO2↑+ H2O

MnCO3的沉淀很完全(MnCO3的Ksp=2.24×10-11)，另外，在洗涤所得的