Question

【題目】K2SO4是無氯優(yōu)質(zhì)鉀肥，Mn3O4是生產(chǎn)軟磁鐵氧體材料的主要原料。某研究性小組對K2SO4和Mn3O4的制備展開了系列研究。

（一）以硫酸工業(yè)的尾氣SO2制備K2SO4的工藝流程如下：

⑴鉀肥K2SO4對農(nóng)作物生長的作用是___________。

A.促進植物莖、葉生長，使葉色濃綠；

B.增強植物的抗寒、抗旱能力

C.增強植物的抗病蟲害、抗倒伏能力

⑵反應(yīng)釜I中發(fā)生的反應(yīng)包括：①碳酸鈣高溫分解的化學(xué)方程式為________；

②CaO + SO2==CaSO3 ③ 2CaSO3+O2==2CaSO4

⑶反應(yīng)釜III：向反應(yīng)II 所得(NH4)2SO4溶液中加入KCl溶液充分反應(yīng)后，經(jīng)蒸發(fā)濃縮、過濾、洗滌、干燥等操作即可制得K2SO4產(chǎn)品。為提高K2SO4產(chǎn)品純度，過濾時應(yīng)控制反應(yīng)液的溫度范圍為____________（填字母序號，如圖為幾種鹽的溶解度曲線）。

A.0℃-10℃ B. 20℃-30℃ C. 60℃-65℃ D. 80℃-90℃

⑷上述工藝流程中循環(huán)利用的物質(zhì)是_______；證明產(chǎn)品K2SO4中不含雜質(zhì)的實驗方法是_______寫出方法、現(xiàn)象）。

（二）實驗室以SO2氣體為原料制備少量高純Mn3O4的操作步驟如下：

（步驟I）制備MnSO4溶液：在三頸燒瓶中（裝置見圖） 加入一定量MnO2和水，先通氮氣，再通入SO2和N2混合氣體，攪拌反應(yīng)3小時。停止通SO2，繼續(xù)反應(yīng)片刻后過濾得MnSO4溶液。

[資料1]亞硫酸（H2SO3）在Mn2+催化作用下被O2氧化為硫酸,硫酸與MnO2在常溫下不易發(fā)生反應(yīng)。

⑸燒杯中石灰乳（有效成分為氫氧化鈣）的作用為________。

⑹三頸燒瓶中生成MnSO4的反應(yīng)化學(xué)方程式為____________。

⑺步驟I中，先通入氮氣的目的是_________。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：及時攪拌反應(yīng)液、_______（任寫1條）。

（步驟II）制備MnSO4H2O晶體：利用硫酸錳的溶解度在100℃以上隨溫度升高而急劇降低的原理,采用壓力釜升溫加壓結(jié)晶法后過濾、洗滌、低溫干燥得純凈的MnSO4H2O晶體。

（步驟III）制備Mn3O4固體：準(zhǔn)確稱取101.4mg MnSO4H2O，將MnSO4H2O晶體在空氣中高溫煅燒，下圖是用熱重分析儀測定煅燒時溫度與剩余固體質(zhì)量變化曲線。

[資料2] MnSO4在空氣中高溫煅燒生成Mn3O4和三氧化硫，當(dāng)溫度超過1000℃時，Mn3O4又被氧氣氧化為Mn2O3或MnO2

⑻該曲線中A段所表示物質(zhì)的化學(xué)式為___________。

Answer 1

【答案】C CaCO3CaO+CO2↑ D CaCO3 取少量樣品，加水配成溶液，先滴加足量Ba(NO3)2溶液，取上層清液滴加AgNO3溶液，若無沉淀生成，說明K2SO4中不含雜質(zhì)。 吸收二氧化硫氣體，防止空氣污染 MnO2+SO2===MnSO4 排盡裝置內(nèi)的空氣，防止SO2氣體被氧化為硫酸，導(dǎo)致轉(zhuǎn)化率降低。 微熱提高溫度 MnSO4

【解析】

（1）肥能促使農(nóng)作物生長健壯，增強對病蟲害和倒伏的抵抗能力，故選C;

⑵反應(yīng)釜I中發(fā)生的反應(yīng)包括：①碳酸鈣高溫分解生成氧化鈣和二氧化碳，化學(xué)方程式為CaCO3CaO+CO2↑；

(3) 80℃-90℃時，氯化銨和硫酸鉀的溶解度相差最大，為提高K2SO4產(chǎn)品純度，過濾時應(yīng)控制反應(yīng)液的溫度范圍為80℃-90℃，故選D。

⑷反應(yīng)釜II中生成的碳酸鈣是反應(yīng)釜I的反應(yīng)物，上述工藝流程中循環(huán)利用的物質(zhì)是碳酸鈣；產(chǎn)品K2SO4中可能含有的雜質(zhì)是氯化銨，取少量樣品，加水配成溶液，先滴加足量Ba(NO3)2溶液，取上層清液滴加AgNO3溶液，若無沉淀生成，說明K2SO4中不含雜質(zhì)。

⑸燒杯中石灰乳（有效成分為氫氧化鈣）的作用為吸收二氧化硫氣體，防止空氣污染。

⑹三頸燒瓶中生成MnSO4的反應(yīng)化學(xué)方程式為MnO2+SO2===MnSO4。

⑺步驟I中，先通入氮氣的目的是排盡裝置內(nèi)的空氣，防止SO2氣體被氧化為硫酸，導(dǎo)致轉(zhuǎn)化率降低。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：及時攪拌反應(yīng)液、微熱提高溫度。

⑻該曲線中A段所表示物質(zhì)的化學(xué)式為MnSO4。