Question

16．某實驗室以MnO₂為原料制備少量高純MnCO₃的操作步驟如下：
（1）制備MnSO₄溶液：
在三頸燒瓶中（裝置如圖，所需的夾持和加熱裝置已省略）加入一定量MnO₂和水，攪拌，通入N₂和SO₂混合氣體，持續(xù)反應一段時間．停止通入SO₂后仍繼續(xù)反應片刻，過濾．（已知MnO₂+H₂SO₃═MnSO₄+H₂O△H＜0）
①裝置A中在加熱的條件下發(fā)生反應的化學方程式：NaNO₂+NH₄Cl$\frac{\underline{\;△\;}}{\;}$N₂↑+NaCl+2H₂O．
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，除了及時攪拌反應物外，還可采取的合理措施有（任寫一條）：控制適當?shù)臏囟然蚓徛�通入混合氣體或增大SO₂與MnO₂的接觸面積．若SO₂在裝置C中吸收率很低，則裝置D中可能出現(xiàn)的實驗現(xiàn)象是品紅顏色（迅速）變淺（或褪去）．
（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．制備過程如下：

①寫出生成沉淀的離子方程式：Mn²⁺+2HCO₃^-=MnCO₃↓+CO₂↑+H₂O．
②“洗滌”操作包括先用蒸餾水洗滌沉淀，再用無水乙醇來洗滌沉．使用無水乙醇洗滌沉淀的主要目的是去MnCO₃固體表面的水，防止MnCO₃潮濕時被空氣氧化．
③若選用飽和Na₂CO₃溶液（pH約為12）和MnSO₄溶液作為反應原料制備MnCO₃沉淀，選用的加料方式最合理的是c（填字母）．
a．將MnSO₄溶液與Na₂CO₃溶液同時加入到反應容器中
b．將MnSO₄溶液緩慢加入到盛有Na₂CO₃溶液的反應容器中
c．將Na₂CO₃溶液緩慢加入到盛有MnSO₄溶液的反應容器中．

Answer 1

分析 以MnO₂為原料制備少量高純MnCO₃的實驗探究，涉及利用裝置A制備氮氣、裝置B制備SO₂氣體，利用N₂和SO₂混合氣體與MnO₂在裝置C中發(fā)生氧化還原反應得到MnSO₄溶液，再將所制MnSO₄溶液與NH₄HCO₃溶液混合可得到MnCO₃沉淀，通過過濾洗滌最終得到目標產物MnCO₃樣品；
（1）裝置A中是利用NaNO₂和NH₄Cl混合發(fā)生氧化還原反應生成N₂及NaCl和水，可結合電子守恒和原子守恒配平得到此反應方程式；
（2）為保證氣體能完全與溶液反應，通�？赏ㄟ^控制氣流速度、增大與溶液的接觸面積或改變反應體系的溫度來實現(xiàn)；SO₂氣體具有漂白性，能使品紅褪色；
（3）①由流程圖可知，MnSO₄溶液與NH₄HCO₃溶液混合可得到MnCO₃沉淀和CO₂氣體，可結合電荷守恒和原子守恒配平得到此反應的離子方程式；
②乙醇能與水相互混溶且易揮發(fā)，通常無機鹽在乙醇中的溶解度很小，另外Mn²⁺易被氧化；
③MnSO₄溶液中Mn²⁺可以和OH^-作用生成Mn（OH）₂，也可以和CO₃^2-作用生成MnCO₃沉淀，更容易生成Mn（OH）₂．

解答 解：以MnO₂為原料制備少量高純MnCO₃的實驗探究，涉及利用裝置A制備氮氣、裝置B制備SO₂氣體，利用N₂和SO₂混合氣體與MnO₂在裝置C中發(fā)生氧化還原反應得到MnSO₄溶液，再將所制MnSO₄溶液與NH₄HCO₃溶液混合可得到MnCO₃沉淀，通過過濾洗滌最終得到目標產物MnCO₃樣品；（1）裝置A中是利用NaNO₂和NH₄Cl混合生成N₂及NaCl和水，反應方程式為：NaNO₂+NH₄Cl$\frac{\underline{\;△\;}}{\;}$ N₂↑+NaCl+2H₂O，故答案為：NaNO₂+NH₄Cl$\frac{\underline{\;△\;}}{\;}$ N₂↑+NaCl+2H₂O；
（2）通過控制N₂和SO₂混合氣體氣流速度、增大SO₂與溶液的接觸面積或改變反應體系的溫度可使SO₂盡可能轉化完全；當有SO₂氣體通過品紅溶液時，品紅會快速褪色；故答案為：控制適當?shù)臏囟然蚓徛�通入混合氣體或增大SO₂與MnO₂的接觸面積；品紅顏色（迅速）變淺（或褪去）；
（3）①MnSO₄溶液與NH₄HCO₃溶液混合可得到MnCO₃沉淀和CO₂氣體，反應的離子方程式為：Mn²⁺+2HCO₃^-=MnCO₃↓+CO₂↑+H₂O；故答案為：Mn²⁺+2HCO₃^-=MnCO₃↓+CO₂↑+H₂O；
②MnCO₃在乙醇中幾乎不溶，利用乙醇洗滌MnCO₃既可減小MnCO₃的溶解損失，也能除去表面水分防止MnCO₃潮濕時被空氣氧化，故答案為：洗去MnCO₃固體表面的水，防止MnCO₃潮濕時被空氣氧化；
③MnSO₄溶液中緩慢滴入Na₂CO₃溶液，酸性條件下生成MnCO₃，而改為向 Na₂CO₃溶液中緩慢滴加Mn²⁺溶液，碳酸鈉溶液的堿性強，易生成Mn（OH）₂，則加料方式為：將Na₂CO₃溶液緩慢加入到盛有MnSO₄溶液的反應容器中，碳酸鈉溶液的堿性強，避免先生成Mn（OH）₂，故答案為：c；

點評 以制備MnCO₃的無機流程題，涉及氣體的制備、氧化還原反應的分析與應用（方程式的書寫與配平）、混合物的分離提純，屬基礎考查，難度中等，對學生靈活利用題設條件分析問題解決問題的能力要求較高．