Question

18．利用钛白工业的副产品FeSO₄（含少量重金属离子）可以生产电池级高纯超微细草酸亚铁．其工艺流程如图1：

已知：①5Fe²⁺+MnO₄^-+8H⁺═5Fe³⁺+Mn²⁺+4H₂O
②5C₂O₄^2-+2MnO₄^-+16H⁺═10CO₂↑+2Mn²⁺+8H₂O
（1）沉淀过程的反应温度为40℃，温度不宜过高的原因除了控制沉淀的粒径外，还有NH₃•H₂O受热易分解，挥发出NH₃，Fe（OH）₂受热也易分解；
（2）滤液经处理可得到副产品（NH₄）₂SO₄；
（3）实验室测定高纯超微细草酸铁组成的步骤依次为：
步骤1：准确称量一定量草酸亚铁样，加入25mL 2mol/L的H₂SO₄溶解
步骤2：用0.2000mol/L标准KMnO₄溶液与其反应，消耗其体积30.40mL．
步骤3：向滴定后的溶液中加入2gZn粉和5mL 2mol/L的H₂SO₄溶液，将Fe³⁺还原为Fe²⁺
步骤4：过滤，滤液用上述标准KMnO₄溶液进行反应，消耗溶液10.00mL．
则样品中C₂O₄^2-的物质的量为0.0102mol；（写出计算过程）；
（4）将一定量高锰酸钾溶液与酸化的草酸亚铁溶液混合，测得反应液中Mn²⁺的浓度随反应时间t的变化如图2，其变化趋势的原因可能为生成的Mn²⁺作催化剂，随着Mn²⁺浓度增加，反应速率越来越快．

Answer 1

分析 副产品FeSO₄（含Al（SO₄）₃和少量重金属离子）中加入铁粉，将少量重金属离子等除去，得到比较纯净的FeSO₄溶液，向FeSO₄溶液中加入氨水，生成氢氧化亚铁，氢氧化亚铁和草酸反应生成高纯超微细草酸亚铁沉淀；
（1）温度不宜过高的原因除了控制沉淀的粒径外，还有NH₃•H₂O受热易分解，挥发出NH₃，Fe（OH）₂受热易分解；
（2）沉淀前的溶液中含有硫酸亚铁，沉淀步骤中加入一水合氨，生成氢氧化亚铁沉淀和硫酸铵；
（3）由题意知氧化C₂O₄^2-和Fe²⁺共消耗0.2000 mol•L^-1标准KMnO₄溶液体积30.40 mL，步骤3、4标准KMnO₄溶液只氧化Fe²⁺消耗KMnO₄溶液体积10.00mL，所以C₂O₄^2-消耗KMnO₄溶液体积为（30.40-10.00）=20.4mL，由5C₂O₄^2-+2MnO₄^-+16H⁺=10CO₂↑+2Mn²⁺+8H₂O得5C₂O₄^2-～2MnO₄^-，依据多步反应找关系式计算；
（4）观察图象分析反应速率变大的因素，随着反应对进行，曲线的斜率越来越大，说明单位时间内Mn²⁺的浓度越来越大，所以反应速率越来越快，反应中温度不变，随着反应的进行，反应物的浓度变小，而反应速率加快，只能是生成的Mn²⁺作催化剂．

解答 解：副产品FeSO₄（含Al（SO₄）₃和少量重金属离子）中加入铁粉，将少量重金属离子等除去，得到比较纯净的FeSO₄溶液，向FeSO₄溶液中加入氨水，生成氢氧化亚铁，氢氧化亚铁和草酸反应生成高纯超微细草酸亚铁沉淀，
（1）沉淀过程为一水合氨沉淀亚铁离子的过程，生成氢氧化亚铁，氢氧化亚铁不稳定，受热会分解，另外一水合氨受热也会分解，故反应温度不能太高，所以温度不宜过高的原因除了控制沉淀的粒径外，还有NH₃•H₂O受热易分解，挥发出NH₃，Fe（OH）₂受热易分解；
故答案为：NH₃•H₂O受热易分解，挥发出NH₃，Fe（OH）₂受热也易分解；
（2）沉淀前的溶液中含有硫酸亚铁，沉淀步骤中加入一水合氨，生成氢氧化亚铁沉淀和硫酸铵，所以副产品含有是（NH₄）₂SO₄；
故答案为：（NH₄）₂SO₄；
（3）由题意知氧化C₂O₄^2-和Fe²⁺共消耗0.2000 mol•L^-1标准KMnO₄溶液体积30.40 mL，步骤3、4标准KMnO₄溶液只氧化Fe²⁺消耗KMnO₄溶液体积10.00mL，所以C₂O₄^2-消耗KMnO₄溶液体积为（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；
故答案为：0.0102mol；
（4）从图象上观察，随着反应对进行，曲线的斜率越来越大，说明单位时间内Mn²⁺的浓度越来越大，所以反应速率越来越快，反应中温度不变，随着反应的进行，反应物的浓度变小，而反应速率加快，只能是生成的Mn²⁺作催化剂，随着Mn²⁺浓度增加，反应速率越来越快；
故答案为：生成的Mn²⁺作催化剂，随着Mn²⁺浓度增加，反应速率越来越快．

点评 本题主要考查物质的分离、提纯、制备以及反应速率等，综合性比较强，考查学生收集、整合、分析问题的能力，题目难度中等．