Question

某化學小組在實驗室模擬用軟錳礦（主要成分MnO₂，雜質為鐵及銅的化合物等）制備高純碳酸錳，過程如下（部分操作和條件略）：

① 緩慢向燒瓶中（見圖）通入過量混合氣進行“浸錳”操作，主要反應原理為：

SO₂+ H₂O = H₂SO₃

MnO₂+ H₂SO₃ = MnSO₄+ H₂O

（鐵浸出后，過量的SO₂ 會將Fe³⁺還原為Fe²⁺）

② 向“浸錳”結束后的燒瓶中加入一定量純MnO₂粉末。

③ 再用Na₂CO₃溶液調節pH為3.5左右，過濾。

④ 調節濾液pH為6.5～7.2 ，加入NH₄HCO₃ ，有淺紅色的沉淀生成，過濾、洗滌、干燥，得到高純碳酸錳。

回答：

（1）“浸錳”反應中往往有副產物MnS₂O₆ 的生成，溫度對“浸錳”反應的影響如下圖，為減少MnS₂O₆ 的生成，“浸錳”的適宜溫度是           。

（2）查閱表1，③中調pH為3.5時沉淀的主要成分是       。②中加入一定量純MnO₂粉末的主要作用是         ，相應反應的離子方程式為          。

表1：生成相應氫氧化物的pH

物質	Fe(OH)3	Fe(OH)2	Mn(OH)2	Cu(OH)2
開始沉淀pH	2.7	7.6	8.3	4.7
完全沉淀pH	3.7	9.6	9.8	6.7

 

（3）③中所得的濾液中含有Cu²⁺，可添加過量的難溶電解質MnS除去Cu²⁺，經過濾，得到純凈的MnSO₄。用平衡移動原理解釋加入MnS的作用_________________。

（4）④中加入NH₄HCO₃ 后發生反應的離子方程式是____________________。

（5）檢驗④中沉淀是否洗滌干凈的方法是           。

 

Answer 1

【答案】

（12分）

（1）150℃ （或150℃以上）（1分）

（2） Fe(OH)₃    （1分）

      將Fe²⁺氧化為Fe³⁺ ，將過量的SO₂氧化除去（2分）

         MnO₂＋2Fe²⁺＋4H⁺=Mn²⁺＋2Fe³⁺＋2H₂O ， MnO₂+SO₂ = Mn²⁺ + SO₄^2-   （2分）

（3）MnS(s)Mn²⁺(aq)+S^2-(aq)

生成的CuS比MnS更難溶，促進MnS不斷溶解，平衡右移，使Cu²⁺除去。（2分）

（4）Mn^2＋＋2HCO₃^－＝MnCO₃↓＋CO₂↑＋H₂O   （2分）

（5）取少量最后一次洗滌后的濾液放入試管中，滴加酸化的BaCl₂溶液，若無白色沉淀產生，則沉淀洗滌干凈；反之則未洗干凈。（2分）（其他答案合理，給分）

【解析】

試題分析：（1）根據圖1和圖2，150℃以上時，副產物MnS₂O₆ 的生成率 低，Mn^2＋ 的浸出率高，答案：150℃ （或150℃以上）（1分）

（2）pH在2.7到3.5之間時沉淀主要成分是Fe(OH)₃  ，答案：Fe(OH)₃ 1分）

Fe^2＋ 在pH為7.6到9.6之間沉淀，而此時Mn^2＋ 也產生沉淀，無法分離，故要將Fe^2＋ 氧化成Fe^3＋ 以便在pH小于8.7時沉淀，與Mn^2＋ 分離，故答案：將Fe²⁺氧化為Fe³⁺ ，將過量的SO₂氧化除去（2分）

MnO₂＋2Fe²⁺＋4H⁺=Mn²⁺＋2Fe³⁺＋2H₂O ， MnO₂+SO₂ = Mn²⁺ + SO₄^2-   （2分）

（3）Cu^2＋ ＋MnSMn^2＋＋CuS,沉淀的轉化，由溶解度較大的MnS轉化為溶解度較小的CuS,原理見答案。答案：

MnS(s)Mn²⁺(aq)+S^2-(aq)

生成的CuS比MnS更難溶，促進MnS不斷溶解，平衡右移，使Cu²⁺除去。（2分）

（4）④中加入NH₄HCO₃ 后發生反應的產生MnCO₃沉淀，離子方程式為：Mn^2＋＋2HCO₃^－＝MnCO₃↓＋CO₂↑＋H₂O ，答案：Mn^2＋＋2HCO₃^－＝MnCO₃↓＋CO₂↑＋H₂O  （2分）

（5）檢驗④中沉淀是否洗滌干凈，就是檢驗洗滌液中有無SO₄^2―,答案為：取少量最后一次洗滌后的濾液放入試管中，滴加酸化的BaCl₂溶液，若無白色沉淀產生，則沉淀洗滌干凈；反之則未洗干凈。（2分）（其他答案合理，給分）

考點：應用化學反應原理解決化工生產中的實際問題