Question

15．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（裝置見圖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，過濾（已知MnO₂+H₂SO₃═MnSO₄+H₂O）．

①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�、緩慢通入混合氣體．
③若實(shí)驗(yàn)中將N₂換成空氣，測得反應(yīng)液中Mn²⁺、SO₄^2-的濃度隨反應(yīng)時間t變化如圖2．
導(dǎo)致溶液中Mn²⁺、SO₄^2-濃度變化產(chǎn)生明顯差異的原因是Mn²⁺催化O₂與H₂SO₃反應(yīng)生成H₂SO₄（或H₂SO₃+O₂=H₂SO₄）．
（2）制備高純MnCO₃固體：已知MnCO₃難溶于水、乙醇，潮濕時易被空氣氧化，100℃開始分解；Mn（OH）₂開始沉淀時pH=7.7．請補(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：Ca（OH）₂、NaHCO₃、Na₂CO₃、C₂H₅OH]．
①邊攪拌邊加入Na₂CO₃，并控制溶液pHpH＜7.7；
②過濾，用少量水洗滌2～3次；
③檢驗(yàn)SO₄^2-是否被洗滌干凈；（實(shí)驗(yàn)操作：取最后一次洗滌液于試管中，滴加BaCl₂溶液，再滴加稀鹽酸，若無沉淀生成，則洗滌干凈）
④用少量C₂H₅OH洗滌；
⑤低于100℃干燥．

Answer 1

分析 （1）①根據(jù)題中所示的石灰乳的作用是吸收尾氣二氧化硫來回答；
②根據(jù)實(shí)驗(yàn)的操作原則，為了讓氣體盡可能轉(zhuǎn)化，要根據(jù)反應(yīng)所需的條件和用量嚴(yán)格操作；
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)生成碳酸錳的過程，但要考慮MnCO₃難溶于水、乙醇并在潮濕時易被空氣氧化，100℃開始分解以及Mn（OH）₂開始沉淀時pH=7.7等因素，過程中控制溶液的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）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)得到對應(yīng)的鹽和水，反應(yīng)方程式為SO₂+Ca（OH）₂=CaSO₃+H₂O，
故答案為：SO₂+Ca（OH）₂=CaSO₃+H₂O；
②為使SO₂盡可能轉(zhuǎn)化完全，應(yīng)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O₂與H₂SO₃反應(yīng)生成H₂SO₄（或H₂SO₃+O₂=H₂SO₄）；
（2）制取的原理是碳酸根和錳離子之間反應(yīng)生成碳酸錳的過程，但要考慮MnCO₃難溶于水、乙醇并在潮濕時易被空氣氧化，100℃開始分解以及Mn（OH）₂開始沉淀時pH=7.7等因素，過程中控制溶液的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，若無沉淀生成，則洗滌干凈；④用少量C₂H₅OH洗滌；⑤低于100℃干燥，
故答案為：①Na₂CO₃；pH＜7.7；②過濾，用少量水洗滌2～3次；③取最后一次洗滌液于試管中，滴加BaCl₂溶液，再滴加稀鹽酸，若無沉淀生成，則洗滌干凈；⑤低于100℃干燥．

點(diǎn)評 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．