Question

6．硫酸錳銨晶體在農業(yè)上常用作微量元素肥料，實驗室制備硫酸錳銨晶體的主要實驗步驟如圖：

（1）實驗室欲配制100mL 1mol/LH₂SO₄溶液，所需的儀器除燒杯、玻璃棒、量筒外，還需要的玻璃儀器是膠頭滴管和100mL容量瓶．
（2）步驟①中的反應在加熱的條件下進行，該反應的化學方程式為MnO₂+H₂C₂O₄+H₂SO₄$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$MnSO₄+2CO₂↑+2H₂O；說明該反應已完全的依據是溶液中不再有氣泡逸出．
（3）為檢驗產品中Mn²⁺，取產品少許溶于4mol/L硝酸中，加人少量NaBiO₃粉末，攪拌，將過量的試劑離心沉降后，溶液呈紫紅色（反應中鉍被還原為Bi³⁺），則反應中氧化劑與還原劑的物質的量之比為5：2．
（4）為測定產品中硫酸錳銨晶體[（NH₄）xMny（SO₄）z•nH₂O]的組成，其步驟如下：
①取少量產品進行熱重分析，在371℃失重率為30.8%，此時已失去全部結晶水（失重率=$\frac{固體樣品減少的質量}{固體樣品的起始質量}$×100%）
②另取0.818g樣品，加人足量NaOH溶液并加熱，收集到標準狀況下的氣體89.6mL，所得溶液用鹽酸酸化后，加人足量BaC1₂溶液，得白色沉淀0.932g．則硫酸錳銨晶體的化學式（NH₄）₂Mn（SO₄）₂•7H₂O．

Answer 1

分析 實驗室制備硫酸錳銨晶體的：將硫酸與草酸二氧化錳混合，發(fā)生反應：MnO₂+H₂C₂O₄+H₂SO₄$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$MnSO₄+2CO₂↑+2H₂O，過濾，得到硫酸錳的溶液，向其中加入硫酸銨，在冰水浴中冷卻，過濾，并用少量乙醇溶液洗滌，制得產品，
（1）配制溶液，所需的玻璃儀器有燒杯、玻璃棒、量筒膠體滴管、容量瓶；
（2）步驟①中為二氧化錳與草酸、硫酸反應生成硫酸錳和二氧化碳；溶液不再有氣泡冒出時，說明反應已完全；
（3）Mn²⁺與NaBiO₃固體、稀硝酸微熱，反應后溶液變紫色，說明有MnO₄^-產生，同時生成無色的Bi³⁺，根據電子得失可得；
（4）根據失重率計算0.818g樣品中水的質量，加人足量NaOH溶液并加熱，收集到標準狀況下的氣體89.6mL，該氣體為氨氣，計算銨根離子，所得溶液用鹽酸酸化后，加入足量BaC1₂溶液，得白色沉淀0.932g，該沉淀為硫酸鋇，可計算硫酸根離子，據此分析．

解答 解：（1）配制100mL 1mol/LH₂SO₄溶液，所需的儀器除燒杯、玻璃棒、量筒外，還需要的玻璃儀器是膠頭滴管和100 mL容量瓶；
故答案為：膠頭滴管和100 mL容量瓶；
（2）步驟①中為二氧化錳與草酸、硫酸反應，二氧化錳有氧化性，被草酸還原為錳離子，草酸有還原性，被還原為二氧化碳，方程式為：MnO₂+H₂C₂O₄+H₂SO₄$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$MnSO₄+2CO₂↑+2H₂O；溶液不再有氣泡冒出時，說明反應已完全；
故答案為：MnO₂+H₂C₂O₄+H₂SO₄$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$MnSO₄+2CO₂↑+2H₂O；溶液中不再有氣泡逸出；
（3）Mn²⁺與NaBiO₃固體、稀硝酸微熱，反應后溶液變紫色，說明有MnO₄^-產生，錳離子化合價升高，作還原劑，升高五價，同時生成無色的Bi³⁺，化合價由+5價降低到+3價，作氧化劑，升高2價，升價降價應相等，則反應方程式中錳離子應配5，NaBiO₃應配2，則氧化劑與還原劑的物質的量之比為5：2；
故答案為：5：2；
（4）取0.818g樣品，加人足量NaOH溶液并加熱，收集到標準狀況下的氣體89.6mL，該氣體為氨氣，則n（NH₄⁺）=n（氨氣）=0.0896L÷22.4L=0.004mol，m（NH₄⁺）=0.004mol×18g/mol=0.072g，
所得溶液用鹽酸酸化后，加人足量BaC1₂溶液，得白色沉淀0.932g，該沉淀為硫酸鋇沉淀，故n（SO₄^2-）=n（硫酸鋇）=0.932g÷233g/mol=0.004mol，m（SO₄^2-）=0.004mol×96g/mol=0.384g，
在371℃失重率為30.8%，此時已失去全部結晶水，則0.818g樣品中，m（H₂O）=0.818g×30.8%=0.25g，n（H₂O）=0.25g÷18g/mol=0.14mol，
則0.818g樣品中，m（Mn²⁺）=（0.818-0.072-0.384-0.25）g=0.112g，則n（Mn²⁺）=0.112g÷60g/mol=0.002mol，
故x：y：z：n=0.004：0.002：0.004：0.14=2：1：2：7；[（NH₄）xMny（SO₄）z•nH₂O的化學式為：（NH₄）₂Mn（SO₄）₂•7H₂O；
故答案為：（NH₄）₂Mn（SO₄）₂•7H₂O．

點評 本題考查硫酸錳銨晶體的制取及成分的探究，注意從質量守恒的角度分析，加強隨數據的處理和分析能力，充分考查學生的分析能力及化學實驗能力，題目難度中等．