Question

【題目】K2SO4是無(wú)氯優(yōu)質(zhì)鉀肥，Mn3O4是生產(chǎn)軟磁鐵氧體材料的主要原料。以硫酸工業(yè)的尾氣聯(lián)合制備K2SO4和Mn3O4的工藝流程如下：

（1）幾種鹽的溶解度見(jiàn)圖1。反應(yīng)Ⅲ中，向(NH4)2SO4溶液中加入KCl溶液充分反應(yīng)后，進(jìn)行________、________、洗滌、干燥等操作即得K2SO4產(chǎn)品。

（2）檢驗(yàn)K2SO4樣品是否含有氯化物雜質(zhì)的實(shí)驗(yàn)操作是：_____________________________________。

（3）反應(yīng)Ⅳ的化學(xué)方程式為______________________________________________。

（4）Mn3O4與濃鹽酸加熱時(shí)發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為____________________________________________。

（5）圖2是煅燒MnSO4·H2O時(shí)溫度與剩余固體質(zhì)量變化曲線。

①該曲線中B段所表示物質(zhì)的化學(xué)式為___________________。

②煅燒過(guò)程中固體的錳含量隨溫度的升高而增大，但當(dāng)溫度超過(guò)1000 ℃時(shí)，再冷卻后，測(cè)得產(chǎn)物的總錳含量反而減小。試分析產(chǎn)物總錳含量減小的原因：____________________________。

（6）一種新型燃料電池，一極通入空氣，另一極通入丁烷；電解質(zhì)是摻雜Mn3O4的二氧化鋯(ZrO2)晶體，在熔融狀態(tài)下能傳導(dǎo)O2－。在熔融電解質(zhì)中，O2－向________(填“正”或“負(fù)”)極移動(dòng)。電池負(fù)極電極反應(yīng)為________________________。

Answer 1

【答案】 蒸發(fā)結(jié)晶 趁熱過(guò)濾 取少量樣品于試管中配成溶液，滴加過(guò)量Ba(NO3)2溶液，取上層清液滴加AgNO3溶液，若有白色沉淀產(chǎn)生，則有氯化物雜質(zhì)；若沒(méi)有明顯現(xiàn)象，則沒(méi)有氯化物雜質(zhì) MnO2＋SO2=MnSO4 Mn3O4＋8H＋＋2Cl－3Mn2＋＋Cl2↑＋4H2O Mn3O4 部分Mn3O4又被氧化為Mn2O3或MnO2，造成總錳含量減小 負(fù) C4H10－26e－＋13O2－=4CO2＋5H2O

【解析】(1)四種物質(zhì)中相同溫度下硫酸鉀溶解度最小，所以反應(yīng)Ⅲ中蒸發(fā)濃縮后硫酸鉀析出，趁熱過(guò)濾減少雜質(zhì)，得硫酸鉀晶體，再洗滌、干燥即可，故答案為：蒸發(fā)結(jié)晶；趁熱過(guò)濾；

(2)檢驗(yàn)Cl-用硝酸銀溶液和稀硝酸，同時(shí)又要除去干擾實(shí)驗(yàn)的硫酸根離子，具體方案為：取少量溶液于試管中配成溶液，滴加過(guò)量的Ba(NO3)2溶液，取上層清液滴加AgNO3溶液，若有白色沉淀產(chǎn)生，則有氯化物雜質(zhì)；若沒(méi)有明顯現(xiàn)象，則沒(méi)有氯化物雜質(zhì)，故答案為：取少量溶液于試管中配成溶液，滴加過(guò)量的Ba(NO3)2溶液，取上層清液滴加AgNO3溶液，若有白色沉淀產(chǎn)生，則有氯化物雜質(zhì)；若沒(méi)有明顯現(xiàn)象，則沒(méi)有氯化物雜質(zhì)；

(3)二氧化硫與二氧化錳反應(yīng)，除雜后得到硫酸錳晶體，可知二者反應(yīng)生成硫酸錳，反應(yīng)方程式為：MnO2+SO2=MnSO4，故答案為：MnO2+SO2=MnSO4；

(4)+4價(jià)錳離子具有氧化性可以氧化氯離子為氯氣，四氧化三錳可改寫(xiě)為MnO22MnO，MnO2與濃鹽酸生成MnCl2、Cl2和H2O、MnO與鹽酸生成MnCl2和H2O，反應(yīng)方程式為：Mn3O4+8H++2Cl-3Mn2++Cl2↑+4H2O，故答案為：Mn3O4+8H++2Cl-3Mn2++Cl2↑+4H2O；

(5)①熱重曲線中一般先失去結(jié)晶水(可能分步)，100gMnSO4H2O中結(jié)晶水的質(zhì)量為100g×=10.65g，可知A為硫酸錳，升高溫度鹽分解得到金屬氧化物，由流程圖可知硫酸錳晶體鍛燒得到四氧化三錳，100gMnSO4H2O分解可以得到四氧化三錳的質(zhì)量為××229g/mol=45.17g，故B為Mn3O4，故答案為：Mn3O4；

②繼續(xù)加熱產(chǎn)物中總錳含量反而減小，說(shuō)明吸收了氧，進(jìn)一步說(shuō)明B中的錳元素存在低價(jià)，可能是部分Mn3O4又被氧化成Mn2O3或MnO2，造成總錳含量減少，故答案為：部分Mn3O4又被氧化成Mn2O3或MnO2，造成總錳含量減少；

(6)原電池中陰離子向負(fù)極移動(dòng)，陽(yáng)離子向正極移動(dòng)，通入丁烷一極是負(fù)極，由于電解質(zhì)為非水物質(zhì)，則電解質(zhì)中不存在OH-離子，正確的電極反應(yīng)式為C4H10+13O2--26e-=4CO2+5H2O；通入空氣的一極為原電池的正極，發(fā)生還原反應(yīng)，電極反應(yīng)式為O2+4e-=2O2-，故答案為：負(fù)；C4H10-26e-+13O2-=4CO2+5H2O。