Question

2．工业上用粗软锰矿（只含有MnO₂和MnO）和H₂SO₄（过量）、FeS₂制备MnSO₄•H₂O的流程如图所示（已知，流程中的FeS₂、FeSO₄、MnO₂、MnO均完全反应）

（1）①中发生了三个反应，其中两个反应是：MnO+H₂SO₄═MnSO₄+H₂O、FeS₂+H₂SO₄═FeSO₄+H₂S↑+S↓
完成反应：1MnO₂+2FeSO₄+2H₂SO₄═1MnSO₄+1Fe₂（SO₄）₃+2H₂O．
（2）沉淀A、B的化学式分别为S、Fe（OH）₃，②中加入MnO的目的是调节pH，使Fe³⁺完全沉淀，则②中MnO参与反应的离子方程式：MnO+2H⁺═Mn²⁺+H₂O．
（3）若沉淀A的质量和MnSO₄•H₂O的质量分别为96.0g、321.1g，②中加入的MnO为0.1mol，则理论上粗软锰矿的MnO的质量分数为14.03%（精确到0.01%）

Answer 1

分析 粗软锰矿（只含有MnO₂和MnO）和H₂SO₄（过量）、FeS₂反应，二氧化锰和硫酸亚铁在酸性条件下反应，硫酸，提供酸性环境，各元素的化合价不变，MnO₂中Mn元素的化合价降低，硫酸亚铁中铁元素化合价升高，发生反应，气体为H₂S，沉淀A为S，滤液x为MnSO₄、Fe₂（SO₄）₃，②中加入MnO，Fe³⁺水解生成的H⁺与MnO反应，促进Fe³⁺水解并最终转化为沉淀，且不引入新的杂质，所以②中加入MnO的目的是调节pH，使Fe³⁺完全沉淀，沉淀B为Fe（OH）₃，滤液Y为MnSO₄，浓缩结晶得到MnSO₄•H₂O，
（1）Mn元素的化合价降低（+4→+2），MnO₂是氧化剂，铁元素化合价升高（+2→+3），FeSO₄为还原剂，根据得失电子守恒和元素守恒配平方程式；
（2）MnO₂+2FeSO₄+2H₂SO₄═MnSO₄+Fe₂（SO₄）₃+2H₂O，气体为H₂S，沉淀A为S，②中加入MnO的目的是调节pH，MnO与氢离子反应，促进Fe³⁺水解Fe³⁺+3H₂O?Fe（OH）₃+3H⁺，并最终转化为Fe（OH）₃沉淀；
（3）根据①中发生的三个反应，得出硫、铁、锰的关系式2S～2FeSO₄～MnO₂，n（MnO₂）=$\frac{1}{2}$n（S），②中加入的MnO为0.1mol，结合已知质量进行解答．

解答 解：粗软锰矿（只含有MnO₂和MnO）和H₂SO₄（过量）、FeS₂反应，MnO+H₂SO₄═MnSO₄+H₂O、FeS₂+H₂SO₄═FeSO₄+H₂S↑+S↓，二氧化锰和硫酸亚铁在酸性条件下反应，硫酸，提供酸性环境，各元素的化合价不变，MnO₂中Mn元素的化合价降低，硫酸亚铁中铁元素化合价升高，发生反应：MnO₂+2FeSO₄+2H₂SO₄═MnSO₄+Fe₂（SO₄）₃+2H₂O，气体为H₂S，沉淀A为S，滤液x为MnSO₄、Fe₂（SO₄）₃，②中加入MnO，Fe³⁺水解生成的H⁺与MnO反应，MnO+2H⁺═Mn²⁺+H₂O，促进Fe³⁺水解Fe³⁺+3H₂O?Fe（OH）₃+3H⁺，并最终转化为沉淀，且不引入新的杂质，所以②中加入MnO的目的是调节pH，使Fe³⁺完全沉淀，沉淀B为Fe（OH）₃，滤液Y为MnSO₄，浓缩结晶得到MnSO₄•H₂O，
（1）根据题意，反应物中要加入硫酸，MnO₂中Mn元素的化合价降低（+4→+2）得到2e^-，MnO₂是氧化剂，FeSO₄中铁元素化合价升高（+2→+3）失去e^-，FeSO₄为还原剂，加入硫酸，H₂SO₄中各元素的化合价不变，提供酸性环境，所以最小公倍数为2，根据得失电子守恒和元素守恒，该反应为：MnO₂+2FeSO₄+2H₂SO₄═MnSO₄+Fe₂（SO₄）₃+2H₂O，
故答案为：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，所以反应①产物气体为H₂S，沉淀A为S，②中加入MnO，Fe³⁺水解生成的H⁺与MnO反应，MnO+2H⁺═Mn²⁺+H₂O，促进Fe³⁺水解Fe³⁺+3H₂O?Fe（OH）₃+3H⁺，并最终转化为沉淀B为Fe（OH）₃，且不引入新的杂质，
故答案为：S、Fe（OH）₃；MnO+2H⁺═Mn²⁺+H₂O；
（3）FeS₂+H₂SO₄═FeSO₄+H₂S↑+S↓，MnO₂+2FeSO₄+2H₂SO₄═MnSO₄+Fe₂（SO₄）₃+2H₂O，可得：关系式，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}$=1.9 mol，②中加入的MnO为0.1mol，根据锰元素守恒可知n（MnO）=1.9 mol-1.5 mol-0.1 mol=0.3 mol，则理论上粗软锰矿的MnO的质量分数为$\frac{0.3mol×71g/mol}{1.5mol×87g/mol+0.3mol×71g/mol}$×100%≈14.03%，
故答案为：14.03%．

点评 本题考查了氧化还原反应配平、化学计算、工艺流程等，意在考查考生的综合应用能力，（3）理顺2S～2FeSO₄～MnO₂，以及n（MnO₂）=$\frac{1}{2}$n（S）为该题的难点，题目难度中等．