由二氧化锰制备碳酸锰的实验研究报告

由二氧化锰制备碳酸锰的实验研究报告

摘要：由于高纯碳酸锰在通讯业的广泛应用，碳酸锰的制备工艺成为了值得研究的问题。本文介绍了工业上几种制备方法，并讨论了实验室方法中几种还原剂的差异，以及制备过程和含量分析过程。具体为酸性条件下，以二氧化锰为原料，以草酸为还原剂还原二氧化锰得到硫酸锰，硫酸锰再与碳酸氢钠发生反应生成碳酸锰沉淀。碳酸锰沉淀经洗涤、烘干后对其纯度进行分析。

关键词：二氧化锰碳酸锰实验室制法络合滴定工业制法

前言：

1．二氧化锰（MnO2）：黑色粉末状固体物质，晶体呈金红石结构，不溶于水，二氧化锰显弱酸性，在酸性介质中是一种强氧化剂，在碱性介质中，易被氧化成锰酸盐。

2. 碳酸锰（MnCO3）俗称“锰白”，为玫瑰色三角晶系菱形晶体或无定形亮白棕

色粉末，微溶于水(在25℃时溶解度为1.34*10—4g，溶度积为8.8×10-11)，溶于稀无机酸，微溶于普通有机酸，不溶于乙醇、液氨。相对密度3．125。

碳酸锰在干燥的空气中稳定，潮湿环境中易氧化，生成三氧化二锰而逐渐变成棕黑色。受热时会分解氧化成黑色的四氧化三锰并放出CO2，与水共沸时即水解。在沸腾的氢氧化钾中生成氢氧化锰。

3. 碳酸锰是制造电信器材软磁铁氧体、合成二氧化锰和制造其他锰盐的原料，

用作脱硫的氧化剂、瓷釉、涂料和清漆的颜料，也用作肥料和饲料添加剂。

它同时用于医药、电焊条辅料等，且可用作生产点解金属锰的原料。所以能在实验室里通过较简便的方法制备 MnCO3是一件很有意义的工作。

4. 工业上生产碳酸锰主要有下列四法：一、将软锰矿煅烧成氧化锰，酸化后

加入过量碳酸氢铵即可制得碳酸锰。二、以菱锰矿为原料，采用无机酸浸取，获取相应的锰盐溶液，锰盐与碳酸盐沉淀剂再进行复分解反应制得碳酸锰。三、向锰盐溶液中通入二氧化碳、氨气制备碳酸锰。四、用贫矿湿法可直接生产高纯度碳酸锰。

5. 实验室由MnO2制备MnCO3的实验的流程：MnO2→Mn2+→(CO32-) MnCO3。

关键步骤是将MnO2还原为Mn2+这个过程中选择什么还原剂，主要的还原剂有C粉、Fe2+、I-、浓HCl、浓H2SO4、Na2SO3、H2O2、H2C2O4。本文简单介绍了各个实验方案的优缺点及制备方法。

6. 本文实验中是采用H2C2O4为还原剂，把Mn（IV）还原成Mn（II）转移至溶

液中，再与碳酸氢铵反应，生成碳酸锰沉淀。反应方程式：

H2C2O4·2H20(s)+MnO2(s)+H2SO4(aq)=MnS04(aq)+CO2(g)+2H2O

MnS04+2NH4HCO3=MnCO3 +(NH4)2SO4+CO2（g）+H2O

各个实验方案的罗列及比较：

1． C粉高温法

C+MnO2→（高温）Mn→（H2SO4）Mn2+→(CO32-) 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，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HCO3-，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生产率。

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HCl法

该种方法最大的缺点在于它的产物中会出现Cl2剧毒物，是污染气体，不符

合绿色化学实验的要求。另外，该方法和H2O2法有相似的缺点，即无法很好地控制浓盐酸使用的量。

5. 浓H2SO4法

4MnO2+6H2SO4（浓）=2Mn2(SO4)3+6H2O+O2↑。紫色的Mn2(SO4)3不稳定，会转化为MnSO4，故总反应为2 MnO2+2 H2SO4（浓）=2MnSO4+2H2O+O2↑。该方法虽说比浓HCl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O2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SO2，Na2SO3必须分批加入，操作较繁琐。

另外，引入的Na2SO4比较难除去。

7. H2O2法

这种方法的好处是H2O2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H2O2的滴加速度。将H2O2（一般用30%）溶液中加入H2SO4溶液以后再加到装有MnO5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H2O2的加入量要严格控制。

但是在实践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的颜色不是肉色，而是夹杂着黑褐色或深红色。

8. H2C2O4法

C2O42-+H++MnO2→Mn2++H2O+CO2。这个方案的优点就是H2C2O4是一种很温和的还原剂，反应活性也不错，这样就不会像H2O2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H2O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。

总结

在实验室里比较适合让学生进行实验操作的是H2O2法和H2C2O4法。下面