Question

15．碳酸錳（MnCO₃）是理想的高性能強(qiáng)磁性材料，也是制備Mn₂O₃、MnO₂等錳的氧化物的重要原料，廣泛用于電子、化工、醫(yī)藥等行業(yè)．

（1）工業(yè)上制備方程式為：MnSO₄+2NH₄HCO₃=MnCO₃↓+（NH₄）₂SO₄+CO₂↑+H₂O．反應(yīng)中通常需加入稍過量的NH₄HCO₃，且控制溶液的pH為6.8～7.4．加入稍過量的NH₄HCO₃的目的是加入稍過量的NH₄HCO₃能提高M(jìn)nSO₄的轉(zhuǎn)化率，使MnCO₃沉淀完全．
（2）實(shí)驗(yàn)室模擬工業(yè)二氧化錳制備硫酸錳裝置如圖1
①石灰乳參與反應(yīng)的化學(xué)方程式為Ca（OH）₂十SO₂=CaSO₃+H₂O．
②反應(yīng)過程中，為使SO₂盡可能轉(zhuǎn)化完全，在通入SO₂和N₂比例一定、不改變固液投料的條件下，可采取的合理措施有控制適當(dāng)?shù)臏囟取⒕徛�通人混合氣體．
（3）MnCO₃在空氣中加熱易轉(zhuǎn)化為不同價(jià)態(tài)的錳的氧化物，其固體殘留率隨溫度的變化如圖2所示．則300℃時(shí)，剩余固體中n（Mn）：n（O）為1：2；圖中點(diǎn)D對(duì)應(yīng)固體的成分為Mn₃O₄與MnO（填化學(xué)式）．

Answer 1

分析 （1）化學(xué)平衡原理分析可知，兩種反應(yīng)物增大一種會(huì)提高另一種物質(zhì)轉(zhuǎn)化率；
（2）①石灰乳的作用是吸收尾氣二氧化硫，堿和酸性氧化物反應(yīng)得到對(duì)應(yīng)的鹽和水；
②為使SO₂盡可能轉(zhuǎn)化完全，一定要保證控制反應(yīng)的溫度，在通入SO₂和N₂比例一定、不改變固液投料的條件下，要求所通氣體一定要慢；
（3）分析圖象變化特征，結(jié)合固體失重金屬判斷各點(diǎn)的剩余固體，主要是金屬BC點(diǎn)剩余固體成分判斷D點(diǎn)的固體成分，
A點(diǎn)剩余固體質(zhì)量為115 g×75.65%=87 g
減少的質(zhì)量為115 g-87 g=28 g
可知MnCO₃失去的組成為CO，剩余固體的成分為MnO₂
B點(diǎn)剩余固體質(zhì)量為115 g×66.38%=76.337 g
因m（Mn）=55 g，則m（O ）₂=76.337 g-55 g=21.337 g
則n（Mn）：n（O）=$\frac{55}{55}$：$\frac{21.337}{16}$=3：4
故剩余固體的成分為Mn₃O₄
因D點(diǎn)介于B、C之間，故D點(diǎn)對(duì)應(yīng)固體的成分為Mn₃O₄與MnO的混合物；

解答 解：（1）工業(yè)上制備方程式為：MnSO₄+2NH₄HCO₃=MnCO₃↓+（NH₄）₂SO₄+CO₂↑+H₂O．反應(yīng)中通常需加入稍過量的NH₄HCO₃，且控制溶液的pH為6.8～7.4．加入稍過量的NH₄HCO₃的目的是：加入稍過量的NH₄HCO₃能提高M(jìn)nSO₄的轉(zhuǎn)化率，使MnCO₃沉淀完全，
故答案為：加入稍過量的NH₄HCO₃能提高M(jìn)nSO₄的轉(zhuǎn)化率，使MnCO₃沉淀完全；
（2）①二氧化硫和氫氧化鈣反應(yīng)生成亞硫酸鈣和水，反應(yīng)的化學(xué)方程式為：Ca（OH）₂十SO₂=CaSO₃+H₂O，
故答案為：Ca（OH）₂十SO₂=CaSO₃+H₂O；
②反應(yīng)過程中，為使SO₂盡可能轉(zhuǎn)化完全，在通入SO₂和N₂比例一定、不改變固液投料的條件下，可采取的合理措施有：控制適當(dāng)?shù)臏囟�、緩慢通人混合氣體，
故答案為：控制適當(dāng)?shù)臏囟�、緩慢通人混合氣體；
（3）設(shè)MnCO₃的物質(zhì)的量為1 mol，即質(zhì)量為115 g
①A點(diǎn)剩余固體質(zhì)量為115 g×75.65%=87 g
減少的質(zhì)量為115 g-87 g=28 g
可知MnCO₃失去的組成為CO
故剩余固體的成分為MnO₂ ，n（Mn）：n（O）=1：2，
故答案為：1：2；
②C點(diǎn)剩余固體質(zhì)量為115 g×61.74%=71 g
據(jù)錳元素守恒知m（Mn）=55 g，則m（O ）₁=71 g-55 g=16 g
則n（Mn）：n（O）=$\frac{55}{55}$：$\frac{16}{16}$=1：1
故剩余固體的成分為MnO
同理，B點(diǎn)剩余固體質(zhì)量為115 g×66.38%=76.337 g
因m（Mn）=55 g，則m（O ）₂=76.337 g-55 g=21.337 g
則n（Mn）：n（O）=$\frac{55}{55}$：$\frac{21.337}{16}$=3：4
故剩余固體的成分為Mn₃O₄
因D點(diǎn)介于B、C之間，故D點(diǎn)對(duì)應(yīng)固體的成分為Mn₃O₄與MnO的混合物，
故答案為：Mn₃O₄與MnO；

點(diǎn)評(píng) 本題主要考查了制備高純碳酸錳實(shí)驗(yàn)方案、化學(xué)式的計(jì)算確定，讀懂工藝流程，正確識(shí)圖、理解離子反應(yīng)的本質(zhì)是解答的關(guān)鍵，本題實(shí)驗(yàn)綜合性強(qiáng)，難度中等．