Question

20．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SO₂，繼續反應片刻，過濾（已知MnO₂+H₂SO₃═MnSO₄+H₂O）．
請回答：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⁺、SO^2-₄的濃度隨反應時間t變化如圖2．導致溶液中Mn^2-、SO^2-₄'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．由（1）制得的MnSO₄溶液制備高純MnCO₃的操作步驟順序如下：
A．邊攪拌邊加入NaHCO₃（Na₂CO₃），并控制溶液PH＜7.7
B．過濾，用少量水洗滌2～3次．
C．檢驗SO^2-₄是否被洗滌除去
D．用少量C₂H₅OH洗滌
E．低于100℃干燥．
請回答：①A步驟中控制溶液PH＜7.7的原因可能是Mn²⁺+2OH^-=Mn（OH）₂↓（用離子方程式表示）
②C步驟中如何檢驗SO^2-已經被洗滌除去：取最后一次洗滌的濾液少量于試管，加入用鹽酸酸化的BaCl₂溶液，若無明顯現象，說明水洗合格．
③D步驟中用少量C₂H₅OH洗滌的原因可能是：乙醇容易揮發，便于低溫干燥，防止MnCO₃ 受潮被氧化，受熱分解．

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，堿和酸性氧化物反應得到對應的鹽和水，據此回答；
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，
故答案為：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）①因為Mn（OH）₂開始沉淀時pH=7.7，所以A步驟中控制溶液PH＜7.7的原因可能是防止生成Mn（OH）₂沉淀，離子方程式為：Mn²⁺+2OH^-=Mn（OH）₂↓，故答案為：Mn²⁺+2OH^-=Mn（OH）₂↓；
②檢驗SO₄^2-是否被洗滌干凈，可以取最后一次洗滌的濾液少量于試管，加入用鹽酸酸化的BaCl₂溶液，若無明顯現象，說明水洗合格，故答案為：取最后一次洗滌的濾液少量于試管，加入用鹽酸酸化的BaCl₂溶液，若無明顯現象，說明水洗合格；
③用少量的乙醇洗滌，主要原因是乙醇容易揮發，便于低溫干燥，防止MnCO₃ 受潮被氧化，受熱分解，故答案為：乙醇容易揮發，便于低溫干燥，防止MnCO₃ 受潮被氧化，受熱分解．

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．