Question

1．K₂SO₄是無(wú)氯優(yōu)質(zhì)鉀肥，Mn₃O₄是生產(chǎn)軟磁鐵氧體材料的主要原料．以硫酸工業(yè)的尾氣聯(lián)合制備K₂SO₄和Mn₃O₄的工藝流程如圖1：

（1）反應(yīng)Ⅰ通入足量空氣的目的是保證二氧化硫在溶液中充分被氧化為硫酸鈣．
（2）寫(xiě)出反應(yīng)Ⅱ的離子方程式CaSO₄+NH₃+HCO₃^-=CaCO₃+NH₄⁺+SO₄^2-，該反應(yīng)需控制在60℃-70℃之間的原因是加快反應(yīng)速率同時(shí)防止銨鹽分解．
（3）幾種鹽的溶解度見(jiàn)圖2．反應(yīng)Ⅲ中，向（NH₄）₂SO₄溶液中加入KCl溶液充分反應(yīng)后，進(jìn)行蒸發(fā)濃縮、趁熱過(guò)濾、洗滌、干燥等操作即得K₂SO₄產(chǎn)品．
（4）反應(yīng)Ⅳ的化學(xué)方程式為MnO₂+SO₂=MnSO₄．
（5）圖3為煅燒MnSO₄•H₂O時(shí)溫度與剩余固體質(zhì)量變化曲線．
①該曲線中A段所表示物質(zhì)的化學(xué)式為MnSO₄．
②已知B階段產(chǎn)物為Mn₃O₄，當(dāng)煅燒溫度為1000℃時(shí)得到的產(chǎn)物再冷卻到400℃過(guò)程中，測(cè)得產(chǎn)物的總錳含量會(huì)減�。�試分析產(chǎn)物總錳含量減小的原因MnSO₄部分Mn₃O₄又被氧化成Mn₂O₃或MnO₂，造成總錳含量減少．

Answer 1

分析 硫酸工業(yè)的尾氣中含有二氧化硫，反應(yīng)Ⅰ是用碳酸鈣、二氧化硫反應(yīng)生成亞硫酸鈣，再被空氣中的氧氣氧化成硫酸鈣，反應(yīng)Ⅱ?yàn)榱蛩徕}中加入碳酸銨和氨水，生成碳酸鈣沉淀和硫酸銨，反應(yīng)Ⅲ向（NH₄）₂SO₄溶液中加入KCl溶液充分反應(yīng)后，進(jìn)行蒸發(fā)濃縮、趁熱過(guò)濾、洗滌、干燥等操作即得K₂SO₄產(chǎn)品，反應(yīng)Ⅳ為二氧化錳氧化二氧化硫得硫酸錳，經(jīng)除雜結(jié)晶得硫酸錳晶體，再經(jīng)加熱可得Mn₃O₄，
（1）氧氣能將亞硫酸鈣氧化成硫酸鈣；
（2）反應(yīng)Ⅱ硫酸鈣中加入碳酸銨和氨水，生成碳酸鈣沉淀和硫酸銨，根據(jù)電守恒和元素守恒書(shū)寫(xiě)離子方程式，該反應(yīng)在溫度太高，銨鹽會(huì)分解，溫度太低，反應(yīng)速率太慢；
（3）根據(jù)溶解度曲線圖可知，硫酸鉀的溶解度較小，而氯化銨的溶解度較大，據(jù)此判斷操作步驟；
（4）反應(yīng)Ⅳ為二氧化錳氧化二氧化硫得硫酸錳，根據(jù)元素守恒和電子得失守恒書(shū)寫(xiě)化學(xué)方程式；
（5）時(shí)溫度與剩余固體質(zhì)量變化曲線．
①M(fèi)nSO₄•H₂O受熱分解，先失去結(jié)晶水，根據(jù)剩余固體與晶體的質(zhì)量比可確定A的組成；
②在冷卻過(guò)程中，Mn₃O₄會(huì)被空氣中的氧氣氧化成Mn₂O₃或MnO₂，據(jù)此答題．

解答 解：（1）氧氣能將亞硫酸鈣氧化成硫酸鈣，所以反應(yīng)Ⅰ通入足量空氣的目的是保證二氧化硫在溶液中充分被氧化為硫酸鈣，
故答案為：保證二氧化硫在溶液中充分被氧化為硫酸鈣；
（2）反應(yīng)Ⅱ硫酸鈣中加入碳酸銨和氨水，生成碳酸鈣沉淀和硫酸銨，反應(yīng)的離子方程式為CaSO₄+NH₃+HCO₃^-=CaCO₃+NH₄⁺+SO₄^2-，該反應(yīng)在溫度太高，銨鹽會(huì)分解，溫度太低，反應(yīng)速率太慢，所以反應(yīng)需控制在60℃-70℃之間，其原因是加快反應(yīng)速率同時(shí)防止銨鹽分解，
故答案為：CaSO₄+NH₃+HCO₃^-=CaCO₃+NH₄⁺+SO₄^2-；加快反應(yīng)速率同時(shí)防止銨鹽分解；
（3）根據(jù)溶解度曲線圖可知，硫酸鉀的溶解度較小，而氯化銨的溶解度較大，所以從混合溶液中獲得硫酸鉀晶體的操作步驟是蒸發(fā)濃縮、趁熱過(guò)濾、洗滌、干燥等，
故答案為：蒸發(fā)濃縮；趁熱過(guò)濾；
（4）反應(yīng)Ⅳ為二氧化錳氧化二氧化硫得硫酸錳，反應(yīng)化學(xué)方程式為MnO₂+SO₂=MnSO₄，
故答案為：MnO₂+SO₂=MnSO₄；
（5）①M(fèi)nSO₄•H₂O受熱分解，先失去結(jié)晶水，設(shè)MnSO₄•H₂O的物質(zhì)的量為1 mol，則m（MnSO₄•H₂O）=1mol×169g•mol^-1=169g，其中含有m（MnSO₄）=1mol×151g•mol^-1=151g，根據(jù)題意可知，在A處固體的質(zhì)量為169g×$\frac{89.35}{100}$=151，所以A的組成為MnSO₄，
故答案為：MnSO₄；
②在冷卻過(guò)程中，Mn₃O₄會(huì)被空氣中的氧氣氧化成Mn₂O₃或MnO₂，會(huì)導(dǎo)致計(jì)算出的Mn、O的原子個(gè)數(shù)比偏小，即測(cè)得產(chǎn)物的總錳含量會(huì)減小，
故答案為：MnSO₄部分Mn₃O₄又被氧化成Mn₂O₃或MnO₂，造成總錳含量減少．

點(diǎn)評(píng) 本題考查物質(zhì)的制備實(shí)驗(yàn)，為高頻考點(diǎn)，把握物質(zhì)的分享、氧化還原反應(yīng)、元素守恒的計(jì)算等為解答的關(guān)鍵，側(cè)重分析與實(shí)驗(yàn)、計(jì)算能力的考查，題目難度中等．