Question

2．高純MnCO₃是制備高性能磁性材料的主要原料．實驗室以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3h．停止通入O₂，繼續反應片刻，過濾（已知MnO₂+H₂SO₃═MnSO₄+H₂O）．
①石灰乳參與反應的化學方程式為SO₂+Ca（OH）₂=CaSO₃+H₂O．
②反應過程中，為使SO₂盡可能轉化完全，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的溫度、緩慢通入混合氣體．
③若實驗中將N₂換成空氣，測得反應液中Mn²⁺、SO₄^2-的濃度隨反應時間t變化如圖2導致溶液中Mn²⁺、SO₄^2-濃度變化產生明顯差異的原因是Mn²⁺催化氧氣與亞硫酸反應生成硫酸．
（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．請補充由（1）制得的MnSO₄溶液制備高純MnCO₃的操作步驟
實驗中可選用的試劑：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SO₄^2-是否被洗滌干凈；（實驗操作：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根據實驗的操作原則，為了讓氣體盡可能轉化，要根據反應所需的條件和用量嚴格操作；
③考慮氮氣的化學性質穩定，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得到對應的鹽和水，反應方程式為SO₂+Ca（OH）₂=CaSO₃+H₂O，
答案為：SO₂+Ca（OH）₂=CaSO₃+H₂O；
②為使SO₂盡可能轉化完全，應定要保證控制反應的溫度，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：控制適當的溫度、緩慢通入混合氣體；
③氮氣的化學性質穩定，空氣中氧氣性質活潑，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⁺催化氧氣與亞硫酸反應生成硫酸；
（2）制取的原理是碳酸根和錳離子之間反應生成碳酸錳的過程，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，所以實驗步驟為）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，正確識圖、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．