Question

3．高高純MnCO₃是制備高性能磁性材料的主要原料．實(shí)驗(yàn)室以MnO₂為原料制備少量高純MnCO₃的操作步驟如下：

（1）制備MnSO₄溶液：在燒瓶中（裝置圖1）加入一定量MnO₂和水，攪拌，通入SO₂和N₂混合氣體，反應(yīng)3h．停止通入SO₂，繼續(xù)反應(yīng)片刻，過(guò)濾
①寫(xiě)出反應(yīng)方程式：MnO₂+H₂SO₃=MnSO₄+H₂O；石灰乳參與反應(yīng)的化學(xué)方程式為SO₂+Ca（OH）₂=CaSO₃+H₂O．
②反應(yīng)過(guò)程中，為使SO₂盡可能轉(zhuǎn)化完全，在通人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（填兩種）控制適當(dāng)?shù)臏囟�、緩慢通入混合氣體．
③若實(shí)驗(yàn)中將N₂換成空氣，測(cè)得反應(yīng)液中Mn²⁺、SO₄^2-的濃度隨反應(yīng)時(shí)間t變化如圖2．導(dǎo)致溶液中Mn²⁺、SO₄^2-濃度變化產(chǎn)生明顯差異，若其中Mn²⁺對(duì)O₂與H₂SO₃反應(yīng)所起的作用是Mn²⁺催化氧氣與亞硫酸反應(yīng)生成硫酸．
制備高純MnCO₃固體：已知MnCO₃難溶于水、乙醇，潮濕時(shí)易被空氣氧化，100℃開(kāi)始分解；Mn（OH）₂開(kāi)始沉淀的pH=7.7．
請(qǐng)補(bǔ)充由（1）制得的MnSO4溶液制備高純MnCO₃的操作步驟[實(shí)驗(yàn)中可選用的試劑：H₂O、Ca（OH）₂、NaHCO₃、Na₂CO₃、C₂H₅OH]．
①邊攪拌邊加入碳酸鈉，并控制溶液pH＜7.7；
②濾，用少量水洗滌2-3次；
③檢驗(yàn)SO₄^2-是否被洗滌干凈；
④用少量的乙醇洗滌；
⑤低于100℃干燥．

Answer 1

分析 （1）①M(fèi)nO₂做氧化劑把亞硫酸氧化為硫酸，自身被還原為Mn²⁺，據(jù)此書(shū)寫(xiě)反應(yīng)方程式；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考慮氮?dú)獾幕瘜W(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，空氣中氧氣的活潑性等因素的影響；
（2）制取的原理是碳酸根和錳離子之間反應(yīng)生成碳酸錳的過(guò)程，但要考慮MnCO₃難溶于水、乙醇并在潮濕時(shí)易被空氣氧化，100℃開(kāi)始分解以及Mn（OH）₂開(kāi)始沉淀時(shí)pH=7.7等因素，過(guò)程中控制溶液的PH值以及洗滌沉淀所選的溶劑要小心，據(jù)此答題．

解答 解：（1）①M(fèi)nO₂做氧化劑把亞硫酸氧化為硫酸，自身被還原為Mn²⁺，故反應(yīng)的離子方程式為：MnO₂+H₂SO₃=MnSO₄+H₂O；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，反應(yīng)為SO₂+Ca（OH）₂=CaSO₃+H₂O；
故答案為：MnSO₄+H₂O；SO₂+Ca（OH）₂=CaSO₃+H₂O；
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；
故答案為：控制適當(dāng)?shù)臏囟�、緩慢通入混合氣體；
③氮?dú)獾幕瘜W(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，空氣中氧氣性質(zhì)活潑，在Mn²⁺催化作用下，易把亞硫酸氧化成硫酸，而使硫酸根濃度增大；
故答案為：Mn²⁺催化氧氣與亞硫酸反應(yīng)生成硫酸；
（2）制取的原理是碳酸根和錳離子之間反應(yīng)生成碳酸錳的過(guò)程，但要考慮MnCO₃難溶于水、乙醇并在潮濕時(shí)易被空氣氧化，100℃開(kāi)始分解以及Mn（OH）₂開(kāi)始沉淀時(shí)pH=7.7等因素，過(guò)程中控制溶液的PH值以及洗滌沉淀所選的溶劑要小心，所以實(shí)驗(yàn)步驟為：①邊攪拌邊加入 Na₂CO₃，并控制溶液pH＜7.7；②過(guò)濾，用少量水洗滌2～3次；③檢驗(yàn)SO₄^2-是否被洗滌干凈：取最后一次洗滌液于試管中，滴加BaCl₂溶液，再滴加稀鹽酸，若無(wú)沉淀生成，則洗滌干凈；④用少量乙醇洗滌；⑤低于100℃干燥；
故答案為：①碳酸鈉；＜；
②過(guò)濾，用少量水洗滌2-3次；  
③檢驗(yàn)SO₄^2-是否被洗滌干凈；
④用少量的乙醇洗滌．

點(diǎn)評(píng) 本題主要考查了制備高純碳酸錳實(shí)驗(yàn)方案，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．