Question

16．某实验室以MnO₂为原料制备少量高纯MnCO₃的操作步骤如下：
（1）制备MnSO₄溶液：
在三颈烧瓶中（装置如图，所需的夹持和加热装置已省略）加入一定量MnO₂和水，搅拌，通入N₂和SO₂混合气体，持续反应一段时间．停止通入SO₂后仍继续反应片刻，过滤．（已知MnO₂+H₂SO₃═MnSO₄+H₂O△H＜0）
①装置A中在加热的条件下发生反应的化学方程式：NaNO₂+NH₄Cl$\frac{\underline{\;△\;}}{\;}$N₂↑+NaCl+2H₂O．
②反应过程中，为使SO₂尽可能转化完全，在通入SO₂和N₂比例一定、不改变固液投料的条件下，除了及时搅拌反应物外，还可采取的合理措施有（任写一条）：控制适当的温度或缓慢通入混合气体或增大SO₂与MnO₂的接触面积．若SO₂在装置C中吸收率很低，则装置D中可能出现的实验现象是品红颜色（迅速）变浅（或褪去）．
（2）制备高纯MnCO₃固体：已知MnCO₃难溶于水、乙醇，潮湿时易被空气氧化，100℃开始分解；Mn（OH）₂开始沉淀时pH=7.7．制备过程如下：

①写出生成沉淀的离子方程式：Mn²⁺+2HCO₃^-=MnCO₃↓+CO₂↑+H₂O．
②“洗涤”操作包括先用蒸馏水洗涤沉淀，再用无水乙醇来洗涤沉．使用无水乙醇洗涤沉淀的主要目的是去MnCO₃固体表面的水，防止MnCO₃潮湿时被空气氧化．
③若选用饱和Na₂CO₃溶液（pH约为12）和MnSO₄溶液作为反应原料制备MnCO₃沉淀，选用的加料方式最合理的是c（填字母）．
a．将MnSO₄溶液与Na₂CO₃溶液同时加入到反应容器中
b．将MnSO₄溶液缓慢加入到盛有Na₂CO₃溶液的反应容器中
c．将Na₂CO₃溶液缓慢加入到盛有MnSO₄溶液的反应容器中．

Answer 1

分析 以MnO₂为原料制备少量高纯MnCO₃的实验探究，涉及利用装置A制备氮气、装置B制备SO₂气体，利用N₂和SO₂混合气体与MnO₂在装置C中发生氧化还原反应得到MnSO₄溶液，再将所制MnSO₄溶液与NH₄HCO₃溶液混合可得到MnCO₃沉淀，通过过滤洗涤最终得到目标产物MnCO₃样品；
（1）装置A中是利用NaNO₂和NH₄Cl混合发生氧化还原反应生成N₂及NaCl和水，可结合电子守恒和原子守恒配平得到此反应方程式；
（2）为保证气体能完全与溶液反应，通常可通过控制气流速度、增大与溶液的接触面积或改变反应体系的温度来实现；SO₂气体具有漂白性，能使品红褪色；
（3）①由流程图可知，MnSO₄溶液与NH₄HCO₃溶液混合可得到MnCO₃沉淀和CO₂气体，可结合电荷守恒和原子守恒配平得到此反应的离子方程式；
②乙醇能与水相互混溶且易挥发，通常无机盐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为原料制备少量高纯MnCO₃的实验探究，涉及利用装置A制备氮气、装置B制备SO₂气体，利用N₂和SO₂混合气体与MnO₂在装置C中发生氧化还原反应得到MnSO₄溶液，再将所制MnSO₄溶液与NH₄HCO₃溶液混合可得到MnCO₃沉淀，通过过滤洗涤最终得到目标产物MnCO₃样品；（1）装置A中是利用NaNO₂和NH₄Cl混合生成N₂及NaCl和水，反应方程式为：NaNO₂+NH₄Cl$\frac{\underline{\;△\;}}{\;}$ N₂↑+NaCl+2H₂O，故答案为：NaNO₂+NH₄Cl$\frac{\underline{\;△\;}}{\;}$ N₂↑+NaCl+2H₂O；
（2）通过控制N₂和SO₂混合气体气流速度、增大SO₂与溶液的接触面积或改变反应体系的温度可使SO₂尽可能转化完全；当有SO₂气体通过品红溶液时，品红会快速褪色；故答案为：控制适当的温度或缓慢通入混合气体或增大SO₂与MnO₂的接触面积；品红颜色（迅速）变浅（或褪去）；
（3）①MnSO₄溶液与NH₄HCO₃溶液混合可得到MnCO₃沉淀和CO₂气体，反应的离子方程式为：Mn²⁺+2HCO₃^-=MnCO₃↓+CO₂↑+H₂O；故答案为：Mn²⁺+2HCO₃^-=MnCO₃↓+CO₂↑+H₂O；
②MnCO₃在乙醇中几乎不溶，利用乙醇洗涤MnCO₃既可减小MnCO₃的溶解损失，也能除去表面水分防止MnCO₃潮湿时被空气氧化，故答案为：洗去MnCO₃固体表面的水，防止MnCO₃潮湿时被空气氧化；
③MnSO₄溶液中缓慢滴入Na₂CO₃溶液，酸性条件下生成MnCO₃，而改为向 Na₂CO₃溶液中缓慢滴加Mn²⁺溶液，碳酸钠溶液的碱性强，易生成Mn（OH）₂，则加料方式为：将Na₂CO₃溶液缓慢加入到盛有MnSO₄溶液的反应容器中，碳酸钠溶液的碱性强，避免先生成Mn（OH）₂，故答案为：c；

点评 以制备MnCO₃的无机流程题，涉及气体的制备、氧化还原反应的分析与应用（方程式的书写与配平）、混合物的分离提纯，属基础考查，难度中等，对学生灵活利用题设条件分析问题解决问题的能力要求较高．