Question

2．高纯MnCO₃是制备高性能磁性材料的主要原料．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：在烧瓶中（装置见图1）加入一定量MnO₂和水，搅拌，通入SO₂和N₂混合气体，反应3h．停止通入O₂，继续反应片刻，过滤（已知MnO₂+H₂SO₃═MnSO₄+H₂O）．
①石灰乳参与反应的化学方程式为SO₂+Ca（OH）₂=CaSO₃+H₂O．
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，可采取的合理措施有控制适当的温度、缓慢通入混合气体．
③若实验中将N₂换成空气，测得反应液中Mn²⁺、SO₄^2-的浓度随反应时间t变化如图2导致溶液中Mn²⁺、SO₄^2-浓度变化产生明显差异的原因是Mn²⁺催化氧气与亚硫酸反应生成硫酸．
（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．请补充由（1）制得的MnSO₄溶液制备高纯MnCO₃的操作步骤
实验中可选用的试剂：Ca（OH）₂、NaHCO₃、Na₂CO₃、C₂H₅OH．
①边搅拌边加入Na₂CO₃，并控制溶液pHpH＜7.7；
②过滤，用少量水洗涤2～3次；
③检验SO₄^2-是否被洗涤干净；（实验操作：取最后一次洗涤液于试管中，滴加BaCl₂溶液，再滴加稀盐酸，若无沉淀生成，则洗涤干净）
④用少量C₂H₅OH洗涤；
⑤低于100℃干燥．

Answer 1

分析 （1）①根据题中所示的石灰乳的作用是吸收尾气二氧化硫来回答；
②根据实验的操作原则，为了让气体尽可能转化，要根据反应所需的条件和用量严格操作；
③考虑氮气的化学性质稳定，空气中氧气的活泼性等因素的影响；
（2）制取的原理是碳酸根和锰离子之间反应生成碳酸锰的过程，但要考虑MnCO₃难溶于水、乙醇并在潮湿时易被空气氧化，100℃开始分解以及Mn（OH）₂开始沉淀时pH=7.7等因素，过程中控制溶液的PH值以及洗涤沉淀所选的溶剂要小心，据此答题．

解答 解：（1）①石灰乳的作用是吸收尾气二氧化硫，碱和酸性氧化物反应得到对应的盐和水，反应方程式为SO₂+Ca（OH）₂=CaSO₃+H₂O，
答案为：SO₂+Ca（OH）₂=CaSO₃+H₂O；
②为使SO₂尽可能转化完全，应定要保证控制反应的温度，在通入SO₂和N₂比例一定、不改变固液投料的条件下，要求所通气体一定要慢，
故答案为：控制适当的温度、缓慢通入混合气体；
③氮气的化学性质稳定，空气中氧气性质活泼，在Mn²⁺催化作用下，易把亚硫酸氧化成硫酸，而使硫酸根浓度增大，
故答案为：Mn²⁺催化氧气与亚硫酸反应生成硫酸；
（2）制取的原理是碳酸根和锰离子之间反应生成碳酸锰的过程，但要考虑MnCO₃难溶于水、乙醇并在潮湿时易被空气氧化，100℃开始分解以及Mn（OH）₂开始沉淀时pH=7.7等因素，过程中控制溶液的PH值以及洗涤沉淀所选的溶剂要小心，所以实验步骤为）①边搅拌边加入 Na₂CO₃，并控制溶液pH＜7.7；②过滤，用少量水洗涤2～3次；③检验SO₄^2-是否被洗涤干净：取最后一次洗涤液于试管中，滴加BaCl₂溶液，再滴加稀盐酸，若无沉淀生成，则洗涤干净；④用少量C₂H₅OH洗涤；⑤低于100℃干燥，
故答案为：①Na₂CO₃；pH＜7.7；②过滤，用少量水洗涤2～3次；③取最后一次洗涤液于试管中，滴加BaCl₂溶液，再滴加稀盐酸，若无沉淀生成，则洗涤干净；⑤低于100℃干燥．

点评 本题主要考查了制备高纯碳酸锰实验方案，读懂工艺流程，正确识图、理解离子反应的本质是解答的关键，本题实验综合性强，难度中等．