Question

9．Ⅰ、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（裝置見圖甲）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SO₂，繼續反應片刻，過濾（已知MnO₂+H₂SO₃=MnSO₄+H₂O）．

①石灰乳作用：吸收多余的二氧化硫．
②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變化如右圖乙．導致溶液中Mn²⁺、SO₄^2-濃度變化產生明顯差異的原因是氧氣和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邊攪拌邊加入碳酸鈉或碳酸氫鈉并控制溶液pH＜7.7；
②過濾，并用水洗滌2-3次；
③檢驗SO₄^2-是否被洗滌除去；      
④用少量乙醇洗滌；          
⑤低于100℃干燥．
Ⅱ、鋅鋁合金的主要成分有Zn、Al、Cu、Si等元素．實驗室測定其中Cu含量的步驟如下：①稱取該合金樣品1.1g，用HCl和H₂O₂溶解后，煮沸除去過量H₂O₂，過濾，濾液定容于250mL容量瓶中．
②用移液管移取50.00mL濾液于250mL碘量瓶中，控制溶液的pH=3～4，加入過量KI溶液（生成CuI和I₂）和指示劑，用0.01100mol?L^-1Na₂S₂O₃溶液滴定生成的I₂至終點（反應：I₂+2S₂O₃^2-=2I^-+S₄O₆^2-），消耗Na₂S₂O₃溶液6.45mL．
（1）判斷步驟②滴定終點的方法是當滴入最后一滴硫代硫酸鈉溶液時，溶液由藍色突變為無色且半分鐘不變色．
（2）計算合金中Cu的質量分數2.064%．

Answer 1

分析 I．（1）二氧化硫和水反應生成亞硫酸，亞硫酸和MnO₂發生反應MnO₂+H₂SO₃=MnSO₄+H₂O，二氧化硫有毒，不能直接排空，且二氧化硫是酸性氧化物，可以用堿液吸收；如果將氮氣換為空氣，亞硫酸被氧氣氧化生成硫酸；
（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，由（1）制得的MnSO₄溶液制備高純MnCO₃的操作步驟：
①將硫酸錳和碳酸鈉或碳酸氫鈉溶液混合，并保證溶液的pH＜7.7，防止生成Mn（OH）₂沉淀；
②過濾、洗滌沉淀；
③檢驗SO₄^2-是否被洗滌除去；      
④用少量乙醇洗滌，減少碳酸錳的溶解，從而減少碳酸錳的損失；          
⑤碳酸錳100℃開始分解，所以要低于100℃干燥，從而得到較干燥、純凈的碳酸錳；
Ⅱ、鋅鋁合金的主要成分有Zn、Al、Cu、Si等元素．
實驗室測定其中Cu含量的步驟如下：
①稱取該合金樣品1.1g，稀鹽酸能溶解Al、Zn，銅、雙氧水和稀鹽酸發生氧化還原反應生成氯化銅和水，所以用HCl和H₂O₂溶解后，剩余的固體是Si，煮沸除去過量H₂O₂，過濾，濾液定容于250mL容量瓶中；
②用移液管移取50.00mL濾液于250mL碘量瓶中，控制溶液的pH=3～4，加入過量KI溶液（生成CuI和I₂）和指示劑，鋁離子和鋅離子不反應，再用硫代硫酸鈉滴定碘，根據銅離子、碘、硫代硫酸根離子之間關系式計算銅含量．
（1）碘遇淀粉試液變藍色，根據溶液顏色確定滴定終點，溶液由藍色突變為無色，且半分鐘內不變色；
（2）發生反應2Cu²⁺+4I^-=2CuI↓+I₂，I₂+2S₂O₃^2-=2I^-+S₄O₆^2-，根據關系式2Cu～2Cu²⁺～I₂～2S₂O₃^2-計算n（Cu），再計算m（Cu），據此計算合金中Cu的質量分數．

解答 解：I．（1）二氧化硫和水反應生成亞硫酸，亞硫酸和MnO₂發生反應MnO₂+H₂SO₃=MnSO₄+H₂O，二氧化硫有毒，不能直接排空，且二氧化硫是酸性氧化物，可以用堿液吸收；如果將氮氣換為空氣，亞硫酸被氧氣氧化生成硫酸，
①二氧化硫有毒不能直接排空，且二氧化硫是酸性氧化物，能與堿反應，所以用氫氧化鈣溶液吸收未反應的二氧化硫，
故答案為：吸收多余的二氧化硫；
②二氧化硫和水反應生成亞硫酸，亞硫酸不穩定易被氧氣氧化，空氣中含有氧氣，所以將亞硫酸氧化硫酸，導致溶液中硫酸根離子濃度增大，
故答案為：氧氣和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，由（1）制得的MnSO₄溶液制備高純MnCO₃的操作步驟：
①將硫酸錳和碳酸鈉或碳酸氫鈉溶液混合，并保證溶液的pH＜7.7，防止生成Mn（OH）₂沉淀；
②過濾、洗滌沉淀；
③檢驗SO₄^2-是否被洗滌除去；      
④用少量乙醇洗滌，減少碳酸錳的溶解，從而減少碳酸錳的損失；          
⑤碳酸錳100℃開始分解，所以要低于100℃干燥，從而得到較干燥、純凈的碳酸錳；
①將硫酸錳和碳酸鈉或碳酸氫鈉溶液混合，并保證溶液的pH＜7.7，防止生成Mn（OH）₂沉淀，所以該操作方法是：邊攪拌邊加入碳酸鈉或碳酸氫鈉并控制溶液pH＜7.7，故答案為：邊攪拌邊加入碳酸鈉或碳酸氫鈉并控制溶液pH＜7.7；
②然后的操作是過濾、洗滌沉淀2-3次，達到分離、除雜目的，故答案為：過濾，并用水洗滌2-3次；
Ⅱ．鋅鋁合金的主要成分有Zn、Al、Cu、Si等元素．
實驗室測定其中Cu含量的步驟如下：
①稱取該合金樣品1.1g，稀鹽酸能溶解Al、Zn，銅、雙氧水和稀鹽酸發生氧化還原反應生成氯化銅和水，所以用HCl和H₂O₂溶解后，剩余的固體是Si，煮沸除去過量H₂O₂，過濾，濾液定容于250mL容量瓶中；
②用移液管移取50.00mL濾液于250mL碘量瓶中，控制溶液的pH=3～4，加入過量KI溶液（生成CuI和I₂）和指示劑，鋁離子和鋅離子不反應，再用硫代硫酸鈉滴定碘，根據銅離子、碘、硫代硫酸根離子之間關系式計算銅含量．
（1）碘遇淀粉試液變藍色，根據溶液顏色確定滴定終點，溶液由藍色突變為無色，且半分鐘內不變色，所以滴定終點判斷方法是：當滴入最后一滴硫代硫酸鈉溶液時，溶液由藍色突變為無色且半分鐘不變色，
故答案為：當滴入最后一滴硫代硫酸鈉溶液時，溶液由藍色突變為無色且半分鐘不變色；
（2）可知發生反應2Cu²⁺+4I^-=2CuI↓+I₂，I₂+2S₂O₃^2-=2I^-+S₄O₆^2-，
根據關系式：2Cu～～～～～～2Cu²⁺～～～～～I₂～～～～2S₂O₃^2-，
           2                                     2
        n（Cu）                      0.01100mol/L×6.45×10^-3L×5
所以 n（Cu）=0.01100mol/L×6.45×10^-3L×5=5.5×6.45×10^-5mol，
合金中Cu的質量分數為$\frac{5.5×6.45×1{0}^{-5}mol×64g/mol}{1.1g}$×100%=2.064%，
故答案為：2.064%．

點評 本題考查物質制備、物質的分離和提純，為高頻考點，明確實驗原理及物質性質是解本題關鍵，側重考查學生獲取信息、自學能力及分析解答問題能力，熟悉操作過程中發生的反應及基本操作方法，注意II（2）中銅離子和碘離子反應時只有一半碘離子作還原劑，為易錯點．