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19.高纯MnCO3是制备高性能磁性材料的主要原料.某化学小组在实验室模拟用软锰矿(主要成分MnO2,杂质为铁及铜的化合物等)制备高纯碳酸锰,过程如下(部分操作和条件略):
①缓慢向烧瓶中(见图)通入过量混合气进行“浸锰”操作,主要反应原理为:SO2+H2O=H2SO3;MnO2+H2SO3=MnSO4+H2O(铁浸出后,过量的SO2会将Fe3+还原为Fe2+
②向“浸锰”结束后的烧瓶中加入一定量纯MnO2粉末.
③再用Na2CO3溶液调节pH为3.5左右,过滤.
④调节滤液pH为6.5~7.2,加入NH4HCO3,有无色无味的气体放出,同时有浅红色的沉淀生成,经过滤、洗涤、干燥,得到高纯碳酸锰.请回答:
(1)石灰乳参与反应的化学方程式为Ca(OH)2+SO2═CaSO3+H2O.

(2)“浸锰”反应中往往有副产物MnS2O6的生成,温度对“浸锰”反应的影响如下图,为减少MnS2O6 的生成,“浸锰”过程适宜的温度是150℃(或150℃以上).

(3)查阅下表回答②中加入一定量纯MnO2粉末的主要作用是将Fe2+氧化为Fe3+,将过量的SO2氧化除去.
物质Fe(OH)3Fe(OH)2Mn(OH)2Cu(OH)2
开始沉淀pH2.77.68.34.7
完全沉淀pH3.79.69.86.7
(4)③中所得的滤液中含有Cu2+,可添加过量的难溶电解质MnS除去Cu2+,经过滤,得到纯净的MnSO4溶液.用平衡移动原理解释加入MnS的作用MnS(S)?Mn2+(aq)+S2-(aq)、S2-(aq)+Cu2+(aq)?CuS(S) 生成的CuS比MnS更难溶,促进MnS不断溶解,平衡右移,使Cu2+除去.
(5)④中加入NH4HCO3后发生反应的离子方程式是Mn2++2HCO3-=MnCO3↓+CO2↑+H2O.
(6)已知MnCO3难溶于水和乙醇,潮湿时易被空气氧化,100℃开始分解.请问用少量C2H5OH洗涤的原因是防止MnCO3潮湿时被空气氧化、便于在温度低于100℃干燥等.

分析 (1)反应装置中石灰乳是用来吸收尾气的,实验中的尾气中含有二氧化硫,用石灰乳吸收;
(2)选择Mn2+的浸出率最大、MnS2O6的生成率最小时温度;
(3)二氧化锰有氧化性,能分别和亚铁离子、二氧化硫发生氧化还原反应,再调节溶液pH将铁离子转化为氢氧化铁沉淀除去;
(4)根据平衡移动的原理,当生成物的浓度减少时,平衡向正反应方向移动,CuS比MnS更难溶,MnS不断溶解生成更难溶的CuS;
(5)④中加入NH4HCO3后,有浅红色的沉淀生成为碳酸锰,生成的无色气体为二氧化碳;
(6)MnCO3难溶于水和乙醇,但潮湿时易被空气氧化,所以不能用水洗涤,而用乙醇洗涤,同时乙醇易挥发,所以可以在100℃以下干燥.

解答 解:(1)反应装置中石灰乳是用来吸收尾气的,实验中的尾气中含有二氧化硫,用石灰乳吸收,反应的化学方程式为Ca(OH)2+SO2═CaSO3+H2O,
故答案为:Ca(OH)2+SO2═CaSO3+H2O;
(2)当温度150℃以上时,MnS2O6的生成率几乎为0,高于30℃以上Mn2+的浸出率提高不大,“浸锰”的适宜温度是150℃(或150℃以上),
故答案为:150℃(或150℃以上);
(3)二氧化锰有氧化性,能氧化二价铁离子和二氧化硫,所以②中加入一定量纯MnO2粉末,能将Fe2+氧化为Fe3+,将过量的SO2氧化除去,再调节溶液pH将铁离子转化为氢氧化铁沉淀除去,
故答案为:将Fe2+氧化为Fe3+,将过量的SO2氧化除去;
(4)③中所得的滤液中含有Cu2+,添加过量的难溶电解质MnS,CuS比MnS更难溶,所以MnS不断溶解,MnS(S)?Mn2+(aq)+S2-(aq)、S2-(aq)+Cu2+(aq)?CuS(S)平衡右移,使Cu2+除去,
故答案为:MnS(S)?Mn2+(aq)+S2-(aq)、S2-(aq)+Cu2+(aq)?CuS(S) 生成的CuS比MnS更难溶,促进MnS不断溶解,平衡右移,使Cu2+除去;
(5)④中加入NH4HCO3后,有浅红色的沉淀生成为碳酸锰,生成的无色气体为二氧化碳,反应方程式为:Mn2++2HCO3-=MnCO3↓+CO2↑+H2O,
故答案为:Mn2++2HCO3-=MnCO3↓+CO2↑+H2O;
(6)MnCO3难溶于水和乙醇,但潮湿时易被空气氧化,所以不能用水洗涤,而用乙醇洗涤,同时乙醇易挥发,所以可以在100℃以下干燥,
故答案为:防止MnCO3潮湿时被空气氧化、便于在温度低于100℃干燥等.

点评 本题考查物质制备实验,题目综合性,注意对题目信息的应用、控制操作条件与物质的分离提纯,侧重考查学生对知识的综合应用,难度中等.

练习册系列答案
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科目:高中化学 来源: 题型:解答题

5.下图是元素周期表的一部分,表中的①~⑩中元素,用 元素符号或化学式填空回答:


周期
ⅠAⅡAⅢAⅣAⅤAⅥAⅦA0
(1)在这些元素中,化学性质最不活泼的原子的原子结构示意图为
(2)用电子式表示②与④形成化合物的过程
(3)这些元素中的最高价氧化物对应的水化物中,酸性最强的是HClO4,碱性最强的是KOH,呈两性的氢氧化物是Al(OH)3
(4)写出⑤与氢氧化钠反应的化学方程式:2Al+2NaOH+2H2O=2NaAlO2+3H2↑.
写出⑤的氢氧化物与氢氧化钠溶液反应的离子方程式:Al(OH)3+OH-=AlO2-+2H2O.

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6.A、B、C、D 4种短周期元素,它们的原子序数依次递增.A原子核内仅有一个质子,B原子的电子总数与D原子最外层电子数相等,A原子与B原子最外层电子数之和与C原子的最外层电子数相等,D原子的电子总数和B原子的电子总数之和是C原子电子总数的2倍,且D与A、B、C都能形成常见化合物.
(1)由此推断它们的元素符号:AH、BC、CN、DO;
(2)已知A、B、C、D可组成一种化合物,其原子个数比为4:1:2:1,该化合物的化学式是CO(NH22

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7.科学家认为,氢气是21世纪一种高效而无污染的理想能源.

(1)为了有效发展氢能源,首先必须制得廉价的氢气,下列可供开发又较经济且资源可持续利用的制氢气的方法是C.
A.电解水     B.锌和稀硫酸反应     C.催化光解海水     D.分解天然气
(2)用水分解获得氢气的能量变化如图1所示,其中表示没使用催化剂的曲线可能是a(填“a”或“b”).
(3)以甲烷为原料制取氢气是工业上常用的制氢方法.已知:
CH4(g)+H2O(g)═CO(g)+3H2(g)△H=+206.2kJ•mol-1
CH4(g)+CO2(g)═2CO(g)+2H2(g)△H=+247.4kJ•mol-1
则CH4(g)+2H2O(g)═CO2(g)+4H2(g)△H=+165.0kJ•mol-1
(4)某固体酸膜氢氧燃料电池以Ca(HSO42固体为电解质传递H+,其基本结构如图2所示,请按要求回答下列问题:
①b极上的电极反应式为O2+4e-+4H+=2H2O.
②此电池工作时每消耗2.24L(标准状况下)H2,转移电子0.2mol.若将这些电子用于铅蓄电池(两极板上分别覆盖有Pb、PbO2,电解质溶液是H2SO4溶液)充电,铅蓄电池中产生H2SO4的物质的量为0.2mol,铅蓄电池阳极发生的反应为PbSO4+2H2O-2e-=PbO2+SO42-+4H+

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14.要除去FeCl2溶液中少量的FeCl3杂质,应选用下列试剂中的(  )
A.FeB.CuC.氯水D.KSCN溶液

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4.铝是一种重要金属,工业上用铝土矿(主要成分为Al2O3,还有少量的Fe2O3,SiO2等杂质)提取氧化铝作冶炼铝的原料,提取的操作过程如下:

①I和II步骤中分离溶液和沉淀的操作是过滤;
②沉淀M中除含有泥沙外,一定还含有Fe2O3
③步骤Ⅲ中加热Al(OH)3得到固体N的操作需要使用的仪器除了酒精灯、三角架、泥三角,还有坩埚;(填入仪器的名称)
④滤液X中,含铝元素的溶质的化学式为NaAlO2;实验室里常往AlCl3溶液中加入氨水(填“氨水”或“NaOH溶液”)来制取A1(OH)3

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11.已知:下表为25℃时某些弱酸的电离平衡常数.
CH3COOHHClOH2CO3
Ka=1.8×10-5Ka=3.0×10-8Ka1=4.4×10-7Ka2=4.7×10-11
图象表示常温下,稀释CH3COOH、HClO两种酸的稀溶液时,溶液pH随加水量的变化.下列说法正确的是(  )
A.25℃时,相同浓度的CH3COONa溶液的碱性大于NaClO溶液
B.向NaClO溶液中通入少量二氧化碳的离子方程式为2ClO-+CO2+H2O═2HClO+CO${\;}_{3}^{2-}$
C.图象 I代表CH3COOH溶液的稀释
D.图象中a点酸的总浓度大于b点酸的总浓度

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8.为了减少CO对大气的污染,某学习小组拟研究CO和H2O反应转化为绿色能源H2
(1)已知:2CO(g)+O2(g)═2CO2(g);△H=-566kJ•moL-1
2H2(g)+O2(g)═2H2O(g);△H=-483.6KJ•moL-1
H2O (g)═H2O(l);△H=-44.0KJ•moL-1
写出CO和H2O(g)作用生成CO2和H2的热化学方程式CO(g)+H2O(g)=H2(g)+CO2(g)△H=-41.2KJ•moL-1
(2)在850℃时,反应:CO(g)+H2O(g)?CO2(g)+H2(g)的K=1.
①:若升高温度到950℃时,达到平衡时K<1(填“>”、“<”或“=”).
②:850℃时,若向一容积可变的密闭容器中同时充入1.0mol CO,3.0mol H2O,1.0mol CO2和x mol H2,若要使上述反应开始时向正反应方向进行,则x应满足的条件是x<3.
③:在②的条件下,按下列加料方式加料,达到平衡时H2的体积分数如下:
 加料方式(mol)H2的体积分数
物质CO(g)H2O(g)CO2(g)H2(g)
加料一1300a%
加料二01.20.60.6b%
则:a=b(填“>”、“<”或“=”).
(3)H2是一种理想的绿色能源,可作燃料电池.
①若该氢氧燃料电池以KOH为电解质溶液,其正极的电极反应式是O2+4e-+2H2O═4OH-
②在25℃时,以氢氧燃料电池为电源,用石墨电极电解1000mL一定浓度的CuSO4溶液.5min后电解完全,在一个石墨电极上只有1.28g Cu生成.试回答下列问题:
电解的总反应式为2CuSO4+2H2O$\frac{\underline{\;通电\;}}{\;}$2Cu+O2↑+2H2SO4
电解过程中转移的电子数为0.08mol,同时生成标准状况下气体的体积为0.896L.

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9.有两种金属的合金13g,与足量稀硫酸反应后,在标准状况下产生气体11.2L,则组成该合金的金属可能是(  )
A.Mg和ZnB.Mg和AlC.Fe和ZnD.Cu和Fe

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