Question

1．高純MnCO₃是制備高性能磁性材料的主要原料．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1）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，有無色無味的氣體放出，同時有淺紅色的沉淀生成，經過濾、洗滌、干燥，得到高純碳酸錳．請回答：
（1）石灰乳參與反應的化學方程式為Ca（OH）₂+SO₂═CaSO₃+H₂O．
（2）“浸錳”反應中往往有副產物MnS₂O₆的生成，溫度對“浸錳”反應的影響如圖2，為減少MnS₂O₆ 的生成，“浸錳”過程適宜的溫度是150℃（或150℃以上）．
（3）查閱下表回答②中加入一定量純MnO₂粉末的主要作用是將Fe²⁺氧化為Fe³⁺，將過量的SO₂氧化除去．

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

（4）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溶液．用平衡移動原理解釋加入MnS的作用MnS_（S）?Mn²⁺_（aq）+S^2-_（aq）、S^2-_（aq）+Cu²⁺_（aq）?CuS_（S）生成的CuS比MnS更難溶，促進MnS不斷溶解，平衡右移，使Cu²⁺除去．
（5）④中加入NH₄HCO₃后發生反應的離子方程式是Mn²⁺+2HCO₃^-=MnCO₃↓+CO₂↑+H₂O．
（6）已知MnCO₃難溶于水和乙醇，潮濕時易被空氣氧化，100℃開始分解．請問用少量C₂H₅OH洗滌的原因是防止MnCO₃潮濕時被空氣氧化、便于在溫度低于100℃干燥等．

Answer 1

分析 （1）反應裝置中石灰乳是用來吸收尾氣的，實驗中的尾氣中含有二氧化硫，用石灰乳吸收；
（2）根據“浸錳”溫度與MnS₂O₆ 的生成率的關系圖進行解答；
（3）二氧化錳有氧化性能分別和亞鐵離子、二氧化硫發生氧化還原反應；
（4）根據平衡移動的原理，當生成物的濃度減少時，平衡向正反應方向移動，CuS比MnS更難溶，MnS不斷溶解生成更難溶的CuS；
（5））④中加入NH₄HCO₃后，有淺紅色的沉淀生成為碳酸錳，根據質量守恒進行解答；
（6）MnCO₃難溶于水和乙醇，但潮濕時易被空氣氧化，所以不能用水洗滌，而用乙醇洗滌，同時乙醇易揮發，所以可以在100℃以下干燥，據此答題．

解答 解：（1）反應裝置中石灰乳是用來吸收尾氣的，實驗中的尾氣中含有二氧化硫，用石灰乳吸收，反應的化學方程式為Ca（OH）₂+SO₂═CaSO₃+H₂O，
故答案為：Ca（OH）₂+SO₂═CaSO₃+H₂O；
（2）根據“浸錳”溫度與MnS₂O₆ 的生成率的關系圖，當溫度150℃以上時，MnS₂O₆ 的生成率幾乎為0，所以為減少MnS₂O₆ 的生成，“浸錳”的適宜溫度是150℃（或150℃以上），
故答案為：150℃（或150℃以上）；
（3）二氧化錳有氧化性，能氧化二價鐵離子和二氧化硫，所以②中加入一定量純MnO₂粉末，能將Fe²⁺氧化為Fe³⁺，將過量的SO₂氧化除去，
故答案為：將Fe²⁺氧化為Fe³⁺，將過量的SO₂氧化除去；
（4）③中所得的濾液中含有Cu²⁺，添加過量的難溶電解質MnS，CuS比MnS更難溶，所以MnS不斷溶解，MnS_（S）?Mn²⁺_（aq）+S^2-_（aq）、S^2-_（aq）+Cu²⁺_（aq）?CuS_（S）平衡右移，使Cu²⁺除去，
故答案為：MnS_（S）?Mn²⁺_（aq）+S^2-_（aq）、S^2-_（aq）+Cu²⁺_（aq）?CuS_（S） 生成的CuS比MnS更難溶，促進MnS不斷溶解，平衡右移，使Cu²⁺除去；
（5）制備高純碳酸錳的原理是碳酸根和錳離子之間反應生成碳酸錳的過程，所以④中加入NH₄HCO₃后發生反應是錳離子和碳酸氫根離子反應，生成碳酸錳和二氧化碳和水，反應方程式為Mn²⁺+2HCO₃^-=MnCO₃↓+CO₂↑+H₂O，
故答案為：Mn²⁺+2HCO₃^-=MnCO₃↓+CO₂↑+H₂O；
（6）MnCO₃難溶于水和乙醇，但潮濕時易被空氣氧化，所以不能用水洗滌，而用乙醇洗滌，同時乙醇易揮發，所以可以在100℃以下干燥，
故答案為：防止MnCO₃潮濕時被空氣氧化、便于在溫度低于100℃干燥等．

點評 本題主要考查了制備高純碳酸錳實驗方案，讀懂工藝流程圖，掌握平衡移動原理、理解離子反應的本質是解答的關鍵，本題實驗綜合性強，難度中等．