Question

【題目】以SO2、軟錳礦(主要成分為MnO2，少量Fe、Al、Ca及Pb的化合物等)、氨水及凈化劑等為原料可制備MnSO4液和Mn3O4，主要實驗步驟如下

步驟I、如圖所示裝置，將SO2通入B中的軟錳礦漿液中(MnO2+SO2=MnSO4)。

步驟II、充分反應(yīng)后，在不斷攪拌下依次向儀器R中加入適量純凈的MnO2、MnCO3，最后加入適量Na2S沉鉛，

步驟III、過濾得MnSO4溶液

(1)儀器R的名稱是_______。

(2)裝置A用于制取SO2，反應(yīng)的化學(xué)方程式為_________。

(3)裝置B中的反應(yīng)應(yīng)控制在90~100℃，適宜的加熱方式是______________。

(4)裝置C的作用是______________________。

(5)“步驟Ⅱ”中加入純凈MnO2的目的是_______________，用MnCO3調(diào)節(jié)溶液pH時，需調(diào)節(jié)溶液pH的范圍為________(該實驗條件下，部分金屬離子開始沉淀和沉淀完全的pH如下表)

金屬離子	Fe2+	Fe3+	Al3+	Mn2+
開始沉淀的pH	7.04	1.87	3.32	7.56
沉淀完全的pH	9.18	3.27	4.9	10.2

(6)已知①用空氣氧化Mn(OH)2濁液可制備Mn3O4[6Mn(OH)2+O22Mn3O4+6H2O]，主要副產(chǎn)物為MnOOH；反應(yīng)溫度和溶液pH對產(chǎn)品中Mn的質(zhì)量分數(shù)的影響分別如圖所示

②反應(yīng)溫度超過80℃時，Mn3O4的產(chǎn)率開始降低，Mn(OH)2是白色沉淀，Mn3O4呈黑色；Mn3O4、MnOOH中錳的質(zhì)量分數(shù)理論值依次為72.05％、62.5%請補充完整由步驟III得到MnSO4溶液，并用氨水等制備較純凈的Mn3O4的實驗方案：______________________，真空干燥6小時得產(chǎn)品Mn3O4。

Answer 1

【答案】三頸燒瓶 Na2SO3+H2SO4=Na2SO4+SO2↑+H2O 用90－100℃的水浴加熱 吸收未反應(yīng)的SO2，防止污染環(huán)境 將Fe2+氧化為Fe3+ 4.9≤pH≤7.56 將濾液加熱并保溫在60－80℃，用氨水調(diào)節(jié)溶液pH并維持8~9。在不斷攪拌下，邊通空氣邊滴加氨水，直至有大量黑色沉淀，靜置，在上層清液中再滴加氨水至無沉淀。過濾，洗滌沉淀直至過濾液中檢測不出

【解析】

根據(jù)題意：裝置A由亞硫酸鈉和濃硫酸制備二氧化硫，將SO2通入B中控制溫度90～100℃與軟錳礦漿液中發(fā)生主要反應(yīng)MnO2+SO2=MnSO4，Fe、Al、Ca及Pb的化合物得到含Fe2+、Al3+、Pb2+的溶液和CaSO4沉淀，裝置C吸收多余的SO2，充分反應(yīng)后，在不斷攪拌下依次向三頸燒瓶中加入適量純凈的MnO2將Fe2+氧化為Fe3+，加入MnCO3溶液調(diào)節(jié)pH沉淀Fe3+、Al3+，最后加入適量Na2S沉鉛，過濾得MnSO4溶液，將濾液加熱并保溫在一定溫度，用氨水調(diào)節(jié)溶液pH，在不斷攪拌下，邊通空氣邊滴加氨水，反應(yīng)生成Mn3O4，至有大量黑色沉淀時，靜置，在上層清液再滴加氨水至無沉淀，過濾，洗滌干燥得到Mn3O4，據(jù)此分析作答。

(1)根據(jù)R的結(jié)構(gòu)特點可知其為三頸燒瓶；

(2)本實驗中利用70%的濃硫酸和Na2SO3反應(yīng)制取二氧化硫，化學(xué)方程式為Na2SO3+H2SO4=Na2SO4+SO2↑+H2O；

(3)反應(yīng)溫度不超過100℃，所以適宜的加熱方式為用90－100℃的水浴加熱；

(4)裝置C中盛有NaOH溶液，可吸收未反應(yīng)的SO2，防止污染環(huán)境；

(5)加入純凈的MnO2可以將Fe2+氧化成Fe3+，便于除去，且不引入新的雜質(zhì)；根據(jù)表格數(shù)據(jù)可知需要調(diào)節(jié)pH的范圍為4.9≤pH≤7.56，從而保證除去Fe3+、Al3+，且不除去Mn2+；

(6)②根據(jù)題目信息可知用空氣氧化Mn(OH)2濁液可制備Mn3O4，提供的藥品有氨水，所以需要滴加氨水制備Mn(OH)2濁液，同時通入氧氣；據(jù)圖可知當(dāng)反應(yīng)溫度為60－80℃時，產(chǎn)物中Mn的質(zhì)量分數(shù)與72.03%最為接近，即此時Mn3O4產(chǎn)率最高，而反應(yīng)溫度超過80℃時，Mn3O4產(chǎn)率開始降低，所以溫度要控制在60－80℃；同理pH值應(yīng)控制在8-9；制取的Mn3O4固體表面會有雜質(zhì)附著，需要洗滌，所以從硫酸錳溶液制備較純凈的Mn3O4的實驗方案為：將濾液加熱并保溫在60－80℃，用氨水調(diào)節(jié)溶液pH并維持8~9。在不斷攪拌下，邊通空氣邊滴加氨水，直至有大量黑色沉淀，靜置，在上層清液中再滴加氨水至無沉淀。過濾，洗滌沉淀直至過濾液中檢測不出，真空干燥6小時得產(chǎn)品Mn3O4。