Question

18．利用鈦白工業(yè)的副產品FeSO₄（含少量重金屬離子）可以生產電池級高純超微細草酸亞鐵．其工藝流程如圖1：

已知：①5Fe²⁺+MnO₄^-+8H⁺═5Fe³⁺+Mn²⁺+4H₂O
②5C₂O₄^2-+2MnO₄^-+16H⁺═10CO₂↑+2Mn²⁺+8H₂O
（1）沉淀過程的反應溫度為40℃，溫度不宜過高的原因除了控制沉淀的粒徑外，還有NH₃•H₂O受熱易分解，揮發(fā)出NH₃，F(xiàn)e（OH）₂受熱也易分解；
（2）濾液經處理可得到副產品（NH₄）₂SO₄；
（3）實驗室測定高純超微細草酸鐵組成的步驟依次為：
步驟1：準確稱量一定量草酸亞鐵樣，加入25mL 2mol/L的H₂SO₄溶解
步驟2：用0.2000mol/L標準KMnO₄溶液與其反應，消耗其體積30.40mL．
步驟3：向滴定后的溶液中加入2gZn粉和5mL 2mol/L的H₂SO₄溶液，將Fe³⁺還原為Fe²⁺
步驟4：過濾，濾液用上述標準KMnO₄溶液進行反應，消耗溶液10.00mL．
則樣品中C₂O₄^2-的物質的量為0.0102mol；（寫出計算過程）；
（4）將一定量高錳酸鉀溶液與酸化的草酸亞鐵溶液混合，測得反應液中Mn²⁺的濃度隨反應時間t的變化如圖2，其變化趨勢的原因可能為生成的Mn²⁺作催化劑，隨著Mn²⁺濃度增加，反應速率越來越快．

Answer 1

分析 副產品FeSO₄（含Al（SO₄）₃和少量重金屬離子）中加入鐵粉，將少量重金屬離子等除去，得到比較純凈的FeSO₄溶液，向FeSO₄溶液中加入氨水，生成氫氧化亞鐵，氫氧化亞鐵和草酸反應生成高純超微細草酸亞鐵沉淀；
（1）溫度不宜過高的原因除了控制沉淀的粒徑外，還有NH₃•H₂O受熱易分解，揮發(fā)出NH₃，F(xiàn)e（OH）₂受熱易分解；
（2）沉淀前的溶液中含有硫酸亞鐵，沉淀步驟中加入一水合氨，生成氫氧化亞鐵沉淀和硫酸銨；
（3）由題意知氧化C₂O₄^2-和Fe²⁺共消耗0.2000 mol•L^-1標準KMnO₄溶液體積30.40 mL，步驟3、4標準KMnO₄溶液只氧化Fe²⁺消耗KMnO₄溶液體積10.00mL，所以C₂O₄^2-消耗KMnO₄溶液體積為（30.40-10.00）=20.4mL，由5C₂O₄^2-+2MnO₄^-+16H⁺=10CO₂↑+2Mn²⁺+8H₂O得5C₂O₄^2-～2MnO₄^-，依據多步反應找關系式計算；
（4）觀察圖象分析反應速率變大的因素，隨著反應對進行，曲線的斜率越來越大，說明單位時間內Mn²⁺的濃度越來越大，所以反應速率越來越快，反應中溫度不變，隨著反應的進行，反應物的濃度變小，而反應速率加快，只能是生成的Mn²⁺作催化劑．

解答 解：副產品FeSO₄（含Al（SO₄）₃和少量重金屬離子）中加入鐵粉，將少量重金屬離子等除去，得到比較純凈的FeSO₄溶液，向FeSO₄溶液中加入氨水，生成氫氧化亞鐵，氫氧化亞鐵和草酸反應生成高純超微細草酸亞鐵沉淀，
（1）沉淀過程為一水合氨沉淀亞鐵離子的過程，生成氫氧化亞鐵，氫氧化亞鐵不穩(wěn)定，受熱會分解，另外一水合氨受熱也會分解，故反應溫度不能太高，所以溫度不宜過高的原因除了控制沉淀的粒徑外，還有NH₃•H₂O受熱易分解，揮發(fā)出NH₃，F(xiàn)e（OH）₂受熱易分解；
故答案為：NH₃•H₂O受熱易分解，揮發(fā)出NH₃，F(xiàn)e（OH）₂受熱也易分解；
（2）沉淀前的溶液中含有硫酸亞鐵，沉淀步驟中加入一水合氨，生成氫氧化亞鐵沉淀和硫酸銨，所以副產品含有是（NH₄）₂SO₄；
故答案為：（NH₄）₂SO₄；
（3）由題意知氧化C₂O₄^2-和Fe²⁺共消耗0.2000 mol•L^-1標準KMnO₄溶液體積30.40 mL，步驟3、4標準KMnO₄溶液只氧化Fe²⁺消耗KMnO₄溶液體積10.00mL，所以C₂O₄^2-消耗KMnO₄溶液體積為（30.40-10.00）=20.4mL，由5C₂O₄^2-+2MnO₄^-+16H⁺=10CO₂↑+2Mn²⁺+8H₂O得5C₂O₄^2-～2MnO₄^-，所以n（C₂O₄^2-）=$\frac{5}{2}$n（MnO₄^-）=20.4ml×10^-3×0.2000mol•L^-1×$\frac{5}{2}$=0.0102mol；
故答案為：0.0102mol；
（4）從圖象上觀察，隨著反應對進行，曲線的斜率越來越大，說明單位時間內Mn²⁺的濃度越來越大，所以反應速率越來越快，反應中溫度不變，隨著反應的進行，反應物的濃度變小，而反應速率加快，只能是生成的Mn²⁺作催化劑，隨著Mn²⁺濃度增加，反應速率越來越快；
故答案為：生成的Mn²⁺作催化劑，隨著Mn²⁺濃度增加，反應速率越來越快．

點評 本題主要考查物質的分離、提純、制備以及反應速率等，綜合性比較強，考查學生收集、整合、分析問題的能力，題目難度中等．