Question

【題目】以SO2、軟錳礦(主要成分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溶液和Mn3O4，主要實(shí)驗(yàn)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三口燒瓶中加入適量純凈的MnO2、MnCO3，最后加入適量Na2S沉鉛等重金屬。

步驟Ⅲ：過(guò)濾得MnSO4溶液。

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

(2)裝置B中反應(yīng)應(yīng)控制在90～100℃，適宜的加熱方式是_____。

(3)裝置C的作用是_____。

(4)“步驟Ⅱ”中加入純凈MnO2的目的是_____，用MnCO3調(diào)節(jié)溶液pH時(shí)，需調(diào)節(jié)溶液pH范圍為_____(該實(shí)驗(yàn)條件下，部分金屬離子開(kāi)始沉淀和沉淀完全的pH如下)。

金屬離子	Fe2＋	Fe3＋	Al3+	Mn2+
開(kāi)始沉淀pH	7.04	1.87	3.32	7.56
沉淀完全pH	9.18	3.27	4.9	10.2

(5)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(duì)產(chǎn)品中Mn的質(zhì)量分?jǐn)?shù)的影響如下圖所示：

②反應(yīng)溫度超過(guò)80℃時(shí)，Mn3O4產(chǎn)率開(kāi)始降低。

③Mn(OH)2是白色沉淀，Mn3O4呈黑色；Mn3O4、MnOOH中錳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)理論值依次為72.03%、62.5%。

請(qǐng)補(bǔ)充完整由步驟Ⅲ得到的MnSO4溶液，并用氨水等制備較純凈的Mn3O4的實(shí)驗(yàn)方案：_____，真空干燥6小時(shí)得產(chǎn)品Mn3O4。

Answer 1

【答案】Na2SO3 + H2SO4 = Na2SO4+SO2↑+H2O 用90～100℃的水浴加熱 吸收未反應(yīng)的SO2 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，至有大量黑色沉淀時(shí)，靜置，在上層清液再滴加氨水至無(wú)沉淀，過(guò)濾，用去離子水洗滌沉淀直至過(guò)濾液中檢不出SO42-

【解析】

（1）裝置A制取SO2，發(fā)生的化學(xué)方程式為Na2SO3＋H2SO4=Na2SO4＋SO2↑＋H2O；

（2）溫度維持在90～100℃，適宜的加熱方式為90～100℃的水浴加熱；

（3）SO2有毒，污染空氣，因此裝置C的作用是吸收未反應(yīng)的SO2；

（4）根據(jù)軟錳礦中含有成分，以及表格中數(shù)據(jù)，MnO2作氧化劑，將Fe2＋氧化成Fe3＋，便于除去；加入MnCO3調(diào)節(jié)溶液的pH，使Fe3＋、Al3＋以氫氧化物的形式沉淀出來(lái)，但Mn2＋不能沉淀出來(lái)，即調(diào)節(jié)的pH的范圍是4.9≤pH<7.56；

（5）根據(jù)信息溫度超過(guò)80℃，Mn3O4的產(chǎn)率開(kāi)始降低，根據(jù)信息③，Mn3O4中Mn質(zhì)量分?jǐn)?shù)理論值為72.03℃，因此溫度控制在60℃～80℃之間，根據(jù)pH與產(chǎn)物中Mn質(zhì)量分?jǐn)?shù)之間的關(guān)系，pH應(yīng)控制在8～9之間，因此具體操作是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，至有大量黑色沉淀時(shí)，靜置，在上層清液再滴加氨水至無(wú)沉淀，過(guò)濾，用去離子水洗滌沉淀直至過(guò)濾液中檢不出SO42－；