由MnO2制备MnCO3的方案设计与研究
沈秋彤2011012779
（东北师范大学化学学院，吉林省长春市130024）
【摘要】设计一实验室可行的实验方案由MnO2制备MnCO3。

可将MnO2还原的可用还原剂很多，在比较了各种还原剂的优缺点后，选择最合适的方法制备MnCO3。

本方案选用草酸还原MnO2，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NaHCO3溶液反应制备出碳酸锰，然后用EDTA滴定锰的含量。

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.培养独立解决实验反馈学习的能力；
4.熟悉过渡金属的一些通性。

二、实验原理
MnCO3为玫瑰色三角晶系菱形晶体或无定形亮白棕色粉末。

俗称“锰白”，它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。

可用于还原MnO2的还原剂有炭、过氧化氢、草酸、浓盐酸等。

以下是几种还原剂的比较：
1、C粉高温法：碳做还原剂C+Mn02→Mn→(H2S04)Mn2+→MnCO3，需用煤气灯灼烧，反应时间长，条件苛刻，能源消耗大，且操作不慎产生一氧化碳较危险。

2、H202法：用过氧化氢做还原剂，反应剧烈，难以控制溶液的pH值。

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。

3、浓盐酸法：用浓盐酸做还原剂，反应快且完全，但反应生成氯气为剧毒物，污染大
气，不符合绿色化学的要求。

4、Na2SO3法：用Na2SO3做还原剂，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。

5、浓H2SO4法：用浓H2SO4做还原剂，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、H2C204法：H2C204+2H++MnO2→2H2O+2CO2↑+Mn2+。

这个方案的优点就是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。

比较以上几种方法，选择用草酸作还原剂，条件易于控制，反应温和、完全。

反应方程式为：MnO2 + H2C2O4 + H2SO4→MnSO4 + 2H2O+ 2CO2
MnSO4 + 2NaHCO3→MnCO3 + Na2SO4 +CO2+ H2O 用EDTA进行返滴定测锰的含量，原理：Y4- + Mn2+→MnY2-
三、仪器与药品
二氧化锰，碳酸氢钠，草酸（H2C204·2H20），浓硫酸，EDTA，浓盐酸，碳酸钙，铬黑T，NH3-NH4Cl缓冲溶液
酸式滴定管，容量瓶，滤纸，pH试纸，移液管
四、实验内容
1、MnCO3的制备
（1）称取2g MnO2于小烧杯中，向小烧杯中加入4.8mL 6mol/L硫酸。

称取3.2g草酸固体（H2C204·2H20），在温水浴下加热搅拌分多次少量加入到小烧杯中。

（2）将溶液抽滤，滤液用于下一步反应。

（3）称取6.4g碳酸氢钠，加热热解成饱和溶液。

将碳酸氢钠饱和溶液滴加到（2）的滤液中，至不再产生沉淀（(其实在做实验时，当NH4HC03溶液加入一定量以后，溶液根本不是呈现澄清的状况而是淡粉白色浑浊状态，类似于胶体的样子，故而此时再加入一滴NH4HC03溶液是极难辨别是否有MnCO3沉淀生成
的，用以下方法即可解决这个问题：用胶头滴管吸满一管NH4HC03溶液，伸入D烧杯中，将胶头滴管移到该烧杯壁并将胶头滴管贴住烧杯壁，再挤出少量管内溶液，这样操作便可较容易观察出溶液挤入点烧杯壁周围是否有无新的MnCO3沉淀生成。

），再补加1mL。

调节pH=5~6。

抽滤，用蒸馏水洗涤3次。

将产物放入烘箱中，50℃烘干。

2、锰含量的测定
（1）准确称取约4.6gEDTA，加水溶解（若不溶，可适水浴当加热）并定容至250mL。

（2）准确称取约0.5g碳酸钙，加盐酸使溶解，加水定容至100mL。

（3）用移液管移取10mLEDTA溶液于锥形瓶中，加入4~6滴铬黑T指示剂（若溶液颜色浅，可适当补加铬黑T指示剂）和10mL NH3-NH4Cl缓冲溶液。

用钙离子标准溶液对EDTA进行标定，平行3次。

终点颜色由蓝色变为紫红色。

（4）准确称取约0.115g样品于锥形瓶中，加入30mLEDTA溶液，4~6滴铬黑T指示剂和20mL NH3-NH4Cl缓冲溶液。

用钙离子标准溶液进行返滴定，平行3次。

终点颜色由蓝色变紫红色。

五、实验现象
1、加入草酸过程溶液颜色变化为：黑色→棕色→（补加水且加热后）粉白色，抽滤后滤纸上固体为白色，滤液为微黄色透明液体。

2、滴加碳酸氢铵过程中，开始时产生大量气泡，随着滴加开始产生沉淀同时有气泡产生。

沉淀完全后，静置抽滤得粉白色固体。

3标定及滴定过程中，溶液由蓝色变为浅紫色。

六、数据记录与处理
1、制备碳酸锰：
由称得质量可知：反应草酸和碳酸氢钠过量，用二氧化锰计算理论产量。

理论产量＝(m÷M MnO2 )×M MnCO3 =2.1766÷87×115=2.8771g
实际制得碳酸锰粉白色粉末共 1.4450g
产率= 1.4450/2.8771*100% = 50.%5
二、锰含量的测定
EDTA的标定：
返滴定锰：
锰含量＝﹛0.03× C EDTA－V Ca2+×C Ca2+﹜×M Mn/ m样品×100%
理论锰含量＝M Mn / M MnCO3 ×100% ＝54.94 / 114.95 ×100% ＝47.79%
七、误差分析
1、草酸加入略过量，反应接近终点时，溶液中过量的草酸根离子与二价锰离子形成沉淀。

抽滤要滤液的步骤中，残留在滤纸上的固体很多，导致碳酸锰的产率偏低。

2、MnCO3沉淀晶型微小，不易大核沉淀。

静置时间不够，且没有用冰水浴冷却，导致沉淀完全。

3、抽滤及转移过程中有损失。

4、测定锰离子含量时使用返滴定法，由于酸度对EDTA络合滴定结果的影响，返滴定应在接近终点时加入缓冲液。

缓冲液加入的时间和量对体系的酸度的影响带来了较大误差。

5、测定锰离子含量时，样品不够纯，可能含有杂质或者没有完全烘干
【参考文献】
【1】李方实，刘宝春，张娟．无机化学与分析化学实验[M]北京：化学工业出版社，2006：37
【2】郎建平，卞国庆．无机化学实验[M]．南京：南京大学出版社，2009：169—170。