Question

2．工業(yè)上用粗軟錳礦（只含有MnO₂和MnO）和H₂SO₄（過量）、FeS₂制備MnSO₄•H₂O的流程如圖所示（已知，流程中的FeS₂、FeSO₄、MnO₂、MnO均完全反應(yīng)）

（1）①中發(fā)生了三個(gè)反應(yīng)，其中兩個(gè)反應(yīng)是：MnO+H₂SO₄═MnSO₄+H₂O、FeS₂+H₂SO₄═FeSO₄+H₂S↑+S↓
完成反應(yīng)：1MnO₂+2FeSO₄+2H₂SO₄═1MnSO₄+1Fe₂（SO₄）₃+2H₂O．
（2）沉淀A、B的化學(xué)式分別為S、Fe（OH）₃，②中加入MnO的目的是調(diào)節(jié)pH，使Fe³⁺完全沉淀，則②中MnO參與反應(yīng)的離子方程式：MnO+2H⁺═Mn²⁺+H₂O．
（3）若沉淀A的質(zhì)量和MnSO₄•H₂O的質(zhì)量分別為96.0g、321.1g，②中加入的MnO為0.1mol，則理論上粗軟錳礦的MnO的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為14.03%（精確到0.01%）

Answer 1

分析 粗軟錳礦（只含有MnO₂和MnO）和H₂SO₄（過量）、FeS₂反應(yīng)，二氧化錳和硫酸亞鐵在酸性條件下反應(yīng)，硫酸，提供酸性環(huán)境，各元素的化合價(jià)不變，MnO₂中Mn元素的化合價(jià)降低，硫酸亞鐵中鐵元素化合價(jià)升高，發(fā)生反應(yīng)，氣體為H₂S，沉淀A為S，濾液x為MnSO₄、Fe₂（SO₄）₃，②中加入MnO，F(xiàn)e³⁺水解生成的H⁺與MnO反應(yīng)，促進(jìn)Fe³⁺水解并最終轉(zhuǎn)化為沉淀，且不引入新的雜質(zhì)，所以②中加入MnO的目的是調(diào)節(jié)pH，使Fe³⁺完全沉淀，沉淀B為Fe（OH）₃，濾液Y為MnSO₄，濃縮結(jié)晶得到MnSO₄•H₂O，
（1）Mn元素的化合價(jià)降低（+4→+2），MnO₂是氧化劑，鐵元素化合價(jià)升高（+2→+3），F(xiàn)eSO₄為還原劑，根據(jù)得失電子守恒和元素守恒配平方程式；
（2）MnO₂+2FeSO₄+2H₂SO₄═MnSO₄+Fe₂（SO₄）₃+2H₂O，氣體為H₂S，沉淀A為S，②中加入MnO的目的是調(diào)節(jié)pH，MnO與氫離子反應(yīng)，促進(jìn)Fe³⁺水解Fe³⁺+3H₂O?Fe（OH）₃+3H⁺，并最終轉(zhuǎn)化為Fe（OH）₃沉淀；
（3）根據(jù)①中發(fā)生的三個(gè)反應(yīng)，得出硫、鐵、錳的關(guān)系式2S～2FeSO₄～MnO₂，n（MnO₂）=$\frac{1}{2}$n（S），②中加入的MnO為0.1mol，結(jié)合已知質(zhì)量進(jìn)行解答．

解答 解：粗軟錳礦（只含有MnO₂和MnO）和H₂SO₄（過量）、FeS₂反應(yīng)，MnO+H₂SO₄═MnSO₄+H₂O、FeS₂+H₂SO₄═FeSO₄+H₂S↑+S↓，二氧化錳和硫酸亞鐵在酸性條件下反應(yīng)，硫酸，提供酸性環(huán)境，各元素的化合價(jià)不變，MnO₂中Mn元素的化合價(jià)降低，硫酸亞鐵中鐵元素化合價(jià)升高，發(fā)生反應(yīng)：MnO₂+2FeSO₄+2H₂SO₄═MnSO₄+Fe₂（SO₄）₃+2H₂O，氣體為H₂S，沉淀A為S，濾液x為MnSO₄、Fe₂（SO₄）₃，②中加入MnO，F(xiàn)e³⁺水解生成的H⁺與MnO反應(yīng)，MnO+2H⁺═Mn²⁺+H₂O，促進(jìn)Fe³⁺水解Fe³⁺+3H₂O?Fe（OH）₃+3H⁺，并最終轉(zhuǎn)化為沉淀，且不引入新的雜質(zhì)，所以②中加入MnO的目的是調(diào)節(jié)pH，使Fe³⁺完全沉淀，沉淀B為Fe（OH）₃，濾液Y為MnSO₄，濃縮結(jié)晶得到MnSO₄•H₂O，
（1）根據(jù)題意，反應(yīng)物中要加入硫酸，MnO₂中Mn元素的化合價(jià)降低（+4→+2）得到2e^-，MnO₂是氧化劑，F(xiàn)eSO₄中鐵元素化合價(jià)升高（+2→+3）失去e^-，F(xiàn)eSO₄為還原劑，加入硫酸，H₂SO₄中各元素的化合價(jià)不變，提供酸性環(huán)境，所以最小公倍數(shù)為2，根據(jù)得失電子守恒和元素守恒，該反應(yīng)為：MnO₂+2FeSO₄+2H₂SO₄═MnSO₄+Fe₂（SO₄）₃+2H₂O，
故答案為：1；2；2H₂SO₄；1；1Fe₂（SO₄）₃；2H₂O；
（2）MnO+H₂SO₄═MnSO₄+H₂O、FeS₂+H₂SO₄═FeSO₄+H₂S↑+S↓，MnO₂+2FeSO₄+2H₂SO₄═MnSO₄+Fe₂（SO₄）₃+2H₂O，所以反應(yīng)①產(chǎn)物氣體為H₂S，沉淀A為S，②中加入MnO，F(xiàn)e³⁺水解生成的H⁺與MnO反應(yīng)，MnO+2H⁺═Mn²⁺+H₂O，促進(jìn)Fe³⁺水解Fe³⁺+3H₂O?Fe（OH）₃+3H⁺，并最終轉(zhuǎn)化為沉淀B為Fe（OH）₃，且不引入新的雜質(zhì)，
故答案為：S、Fe（OH）₃；MnO+2H⁺═Mn²⁺+H₂O；
（3）FeS₂+H₂SO₄═FeSO₄+H₂S↑+S↓，MnO₂+2FeSO₄+2H₂SO₄═MnSO₄+Fe₂（SO₄）₃+2H₂O，可得：關(guān)系式，2S～2FeSO₄～MnO₂，n（MnO₂）=$\frac{1}{2}$n（S）=$\frac{1}{2}×$$\frac{96g}{32g/mol}$=1.5 mol；321.1gMnSO₄•H₂O，n（MnSO₄•H₂O）=$\frac{321.1g}{169g/mol}$=1.9 mol，②中加入的MnO為0.1mol，根據(jù)錳元素守恒可知n（MnO）=1.9 mol-1.5 mol-0.1 mol=0.3 mol，則理論上粗軟錳礦的MnO的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為$\frac{0.3mol×71g/mol}{1.5mol×87g/mol+0.3mol×71g/mol}$×100%≈14.03%，
故答案為：14.03%．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了氧化還原反應(yīng)配平、化學(xué)計(jì)算、工藝流程等，意在考查考生的綜合應(yīng)用能力，（3）理順2S～2FeSO₄～MnO₂，以及n（MnO₂）=$\frac{1}{2}$n（S）為該題的難點(diǎn)，題目難度中等．