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18.工业上可用软锰矿(主要成分是MnO2)和黄铁矿(主要成分是FeS2)为主要原料制备高性能磁性材料碳酸锰(MnCO3).其工业流程如图1所示:

已知:MnCO3难溶于水、乙醇,潮湿时易被空气氧化,100℃开始分解.
回答下列问题:
(1)净化工序的目的是除去溶液中的Cu2+、Ca2+等杂质.若测得滤液中c(F-)=0.01mol/L-1,滤液中残留的c(Ca2+)=1.46×10-6 mol/L〔已知:Ksp(CaF2)=1.46×10-10
(2)沉锰工序中,298K、c(Mn2+)为1.05mol/L-1时,实验测得MnCO3的产率与溶液pH、反应时间的关系如图2所示.根据图中信息得出的结论是pH等于7.0时反应速率最快,且MnCO3的产率最高(或pH越大得到的MnCO3的产率越高,所需要的时间越短,且在pH=7时,有更好的效果).
(3)从沉锰工序中得到纯净MnCO3的操作方法是:过滤、先水洗2-3次、再用乙醇洗涤、低温干燥(或低于100℃干燥).
(4)为测定某软锰矿中二氧化锰的质量分数,准确称量1.20g软锰矿样品,加入2.68g草酸钠固体,再加入足量的稀硫酸并加热(杂质不参加反应),充分反应后冷却,将所得溶液转移到250mL容量瓶中用蒸馏水稀释至刻度,从中取出25.0mL,用0.0200mol•L-1高锰酸钾溶液进行滴定,当滴入20.0mL溶液时恰好完全反应.
已知高锰酸钾、二氧化锰在酸性条件下均能将草酸钠(Na2C2O4)氧化:
2MnO4-+5C2O42-+16H+═2Mn2++10CO2↑+8H2O
MnO2+C2O42-+4H+═Mn2++2CO2↑+2H2O
求该软锰矿中二氧化锰的质量分数72.5%(写出计算过程).

分析 由流程可知软锰矿(主要成分MnO2)和黄铁矿加入硫酸酸浸过滤得到浸出液调节溶液pH,FeS2和稀硫酸反应生成Fe2+,然后过滤得到滤渣是MnO2,向滤液中加入软锰矿发生的离子反应方程式为:2Fe2++15MnO2+28H+=2Fe3++14H2O+15Mn2++4SO42,过滤,滤液中主要含有Cu2+、Ca2+等杂质,加入硫化铵和氟化铵,除去Cu2+、Ca2+过滤,在滤液中加入碳酸氢铵和氨水沉锰,生成MnCO3沉淀,过滤得到的滤渣中主要含有MnCO3,通过洗涤、烘干得到MnCO3晶体.
(1)根据Ksp(CaF2)和c(F-),写出溶度积常数表达式求算钙离子浓度;
(2)根据沉锰的图象可知,pH越大得到的MnCO3的产率越高,且需要的时间越短,且在pH=7时,有更好的效果;
(3)从沉锰工序中得到纯净MnCO3,只需将沉淀析出的MnCO3过滤、洗涤、干燥即可得到碳酸锰;
(4)n(C2O42-)=2.68g÷134g/mol=0.02mol;滴定250mL稀释后溶液,消耗n(MnO4-)=0.0200mol/L×0.0200L×10=0.00400mol;根据氧化还原反应中得失电子数相等得n(MnO2)×2+0.00400mol×5=0.0200mol×2,n(MnO2)=0.0100mol,再根据质量分数公式计算其质量分数.

解答 解:(1)由于第二步加入了石灰引入了钙离子,需除去溶液中的铜离子和钙离子,需分别加入硫化铵、氟化铵,已知Ksp(CaF2))=1.46×10-10,c(F-)=0.01 mol•L-1 ,则c(Ca2+)=$\frac{{K}_{sp}}{{C}^{2}({F}^{-})}$=$\frac{1.46×1{0}^{-10}}{0.0{1}^{2}}$mol/L=1.46×10-6mol•L-1
故答案为:1.46×10-6 mol/L;
(2)从沉锰的图象可以看出,在已给的几个pH值条件下,pH越大得到的MnCO3的产率越高,且需要的时间越短,且在pH=7时,有更好的效果,因此结论是pH等于7.0时反应速率最快,且MnCO3的产率最高,
故答案为:pH等于7.0时反应速率最快,且MnCO3的产率最高(或pH越大得到的MnCO3的产率越高,所需要的时间越短,且在pH=7时,有更好的效果);
(3)因为MnCO3难溶于水、乙醇,潮湿时易被空气氧化,100℃开始分解,因此从沉锰工序中得到纯净MnCO3,因此从沉锰工序中得到纯净MnCO3的操作方法是:过滤、先水洗2-3次、再用乙醇洗涤、低温干燥(或低于100℃干燥),用水洗去可溶性杂质,用乙醇洗去水分,低温干燥防止碳酸锰分解,
故答案为:先水洗2-3次、再用乙醇洗涤、低温干燥(或低于100℃干燥);
(4)n(C2O42-)=2.68g÷134g/mol=0.02mol;滴定250mL稀释后溶液,消耗n(MnO4-)=0.0200mol/L×0.0200L×10=0.00400mol;
根据氧化还原反应中得失电子数相等得n(MnO2)×2+0.00400mol×5=0.0200mol×2,n(MnO2)=0.0100mol,
二氧化锰质量分数=$\frac{0.0100mol×87g/mol}{1.20g}$×100%=72.5%,
故答案为:72.5%.

点评 本题考查物质制备,为高频考点,涉及方程式的计算、溶度积常数计算、物质分离和提纯操作、图象分析等知识点,侧重考查学生分析、计算能力,难点是(4)题计算,注意转移电子守恒的应用.

练习册系列答案
相关习题

科目:高中化学 来源: 题型:选择题

15.下列说法不正确的是(  )
A.6.02×1023是阿伏加德罗常数的近似值
B.阿伏加德常数个微粒的物质的量是1 mol
C.1 mol 12C原子的质量为12 g
D.硫酸的摩尔质量是98 g

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科目:高中化学 来源: 题型:解答题

9.废弃物的综合利用既有利于节约资源,又有利于保护环境.工业上利用铅浮渣(主要成分是PbO、Pb还含有少量的Ag、CaO)可制备硫酸铅.制备流程图如图:

下表是25℃时某些盐的浓度积常数:
化学式CaSO4Ag2SO4PbSO4
Ksp4.9×10-51.2×10-51.6×10-8
(1)实验室用75%的硝酸来配制15%的硝酸溶液,不需用到的玻璃仪器有CD(填标号).
A.烧杯    B.量筒     C.容量瓶     D.锥形瓶     E.玻璃棒
(2)步骤I有NO产生,浸出液中含量最多的金属阳离子为 Pb2+,写出Pb参加反应的化学方程式3Pb+8HNO3=3Pb(NO32+2NO↑+4H2O,为防止Ag被溶解进入溶液,步骤I操作时应注意控制硝酸的用量并使Pb稍有剩余.
(3)母液可循环利用于步骤I,其溶质主要是HNO3(填一种物质化学式),若母液中残留的 SO42-过多,循环利用时可能出现的问题是浸出时部分Pb2+生成PbSO4随浸出渣排出,降低PbSO4的产率.
(4)粗PbSO4 产品含有的杂质是CaSO4,需用Pb(NO32溶液多次洗涤,以得到纯净的PbSO4
(5)铅蓄电池放电时正极的电极反应式为PbO2+2e-+4H++SO42-=PbSO4+2H2O.如果用铅蓄电池做电源电解饱和食盐水制取Cl2,已知某铅蓄电池中硫酸溶液的体积为0.80L,电解前硫酸溶液浓度为4.50mol•L-1,当制得4.48LCl2时(在标准状况下),求理论上电解后电池中硫酸溶液的浓度为(假设电解前后硫酸溶液的体积不变)4 mol•L-1

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科目:高中化学 来源: 题型:实验题

6.近日,一家中国企业并购了刚果(金)大型铜钴矿.据媒体分析,中国是钴消费大国,但钴资源贫乏,为获取钴资源是此次收购的重要原因.钴是制造锂电池不可或缺的原料,硫酸钴晶体可用于制造碱性电池、生产含钴颜料和其它钴产品.利用钴渣[含Co(OH)3、Fe(OH)3]制备硫酸钴晶体(CoSO4•7H2O)的工艺流程如图1:

已知:有关物质的溶解度随温度变化关系如图2:
(1)均速向钴渣和稀硫酸的化合物中通入SO2,使Co(OH)3、Fe(OH)3被充分浸取,其中浸取Co(OH)3的离子方程式为2Co(OH)3+2H++SO2=2 Co2++SO42-+4H2O;
(2)除铁过程中,若选用氧化性更强的NaClO除铁,可能造成的后果是氧化性过强会使Co2+被氧化.
(3)滤渣Ⅱ的成分为Fe(OH)3
(4)过滤Ⅱ得到的滤液经过蒸发浓缩、趁热过滤、冷却到40℃结晶操作得到CoSO4•7H2O粗产品.冷却到40℃结晶的原因是防止析出硫酸钠晶体.

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科目:高中化学 来源: 题型:实验题

13.实验室以苯甲醛为原料制备间溴苯甲醛(实验装置主要部分如图,相关物质的沸点见附表),附表相关物质的沸点(101kPa)
物质沸点/℃物质沸点/℃
58.81,2-二氯乙烷83.5
苯甲醛179间溴苯甲醛229
步骤1:将三颈瓶中的一定配比的无水AlCl3、1,2-二氯乙烷和苯甲醛充分混合后,升温至60℃,缓慢滴加经H2SO4干燥过的液溴,保温反应一段时间,冷却.
步骤2:将反应混合物缓慢加入一定量的稀盐酸中,搅拌、静置、分液.
步骤3:有机相用10%NaHCO3溶液洗涤,再加入适量无水MgSO4固体,放置一段时间后过滤;
步骤4:减压蒸馏有机相,收集相应馏分.
(1)实验装置中可能的错误有锥形瓶内可能会发生倒吸、胶塞可能被有机物腐蚀,冷凝管进水口是a;
(2)有同学建议将装置中温度计换成搅拌棒,那么温度计应移到什么地方使用水浴中;
(3)步骤2后续操作是搅拌、静置、分液;
(4)步骤3中用10%NaHCO3溶液洗涤的具体操作是在分液漏斗中将有机相与小苏打溶液充分振荡再分液,重复二到三次,加入无水MgSO4固体的作用是除去有机相的水.
(5)步骤4中采用蒸馏分离,请你预测蒸馏温度应先选择约D℃,再选择约E℃.
A.50    B.100    C.150    D.200    E.250      F.300.

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科目:高中化学 来源: 题型:实验题

3.氯酸(HClO3)具有强酸性及强氧化性,可用于制取多种氯酸盐.Ba(ClO32、AgClO3可溶于水.40%的氯酸溶液加热时会分解,产物可能有O2和Cl2.回答下列问题:
(1)实验室可用氯酸钡和稀硫酸反应制备氯酸,反应原理为Ba(ClO32+H2SO4═BaSO4↓+2HClO3
①仪器a的名称是分液漏斗.
②将氯酸分离出来的操作方法是过滤.

(2)某科研小组按照如图2所示的装置,通过实验检验氯酸的分解产物.
①装置A中可观察到的现象是产生黄绿色气体,由此可知氯酸分解的产物中有Cl2
②装置B的主要作用是吸收氯气,装置C的作用是干燥气体.
③检验另一气体产物的操作是将带火星的木条放置在C的出气口,现象是木条复燃.
(3)浓度较高的氯酸与铜反应会生成ClO2气体,请写出该反应的离子方程式:Cu+2ClO3-+4H+=Cu2++2ClO2↑+2H2O.
(4)氯酸钠在常温下为白色粉末,味咸,约300℃时释放出氧气,较高温度全部分解.请设计实验进行鉴别NaCl与氯酸钠(至少写两种,不包括本题中已使用的性质):
①将两种固体物质加热到300℃以上,若有气体产生,证明待鉴物质为NaClO3
②在两种待鉴物质的溶液中分别加入AgNO3溶液,若有白色沉淀产生,证明待鉴物质为NaCl.

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科目:高中化学 来源: 题型:实验题

10.某学生做乙酸乙酯的制备实验装置如图所示.
(1)写出该反应的方程式CH3COOH+CH3CH2OH$?_{△}^{浓H_{2}SO_{4}}$CH3COOCH2CH3+H2O.
(2)若用18O标记乙醇中的氧元素,则18O出现在乙酸乙酯中,(填“乙酸乙酯”或“水”)
(3)饱和碳酸钠溶液的作用是:吸收乙醇、除去乙酸,降低乙酸乙酯的溶解度
(4)分离产物与碳酸钠溶液的方法是:分液
(5)在反应中,浓硫酸的作用催化剂、吸水剂.

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科目:高中化学 来源: 题型:解答题

7.食盐是日常生活的必需品,也是重要的化工原料.粗食盐常含有少量K+、Ca2+、Mg2+、Fe3+、SO42-等杂质离子,实验室提纯NaCl的流程如下:

提供的试剂:饱和Na2CO3溶液、饱和K2CO3溶液、NaOH溶液、BaCl2溶液、Ba(NO32溶液、75%乙醇、四氯化碳
(1)欲除去溶液Ⅰ中的Ca2+、Mg2+、Fe3+、SO42-离子,选出a所代表的试剂,按滴加顺序依次为NaOH、BaCl2、Na2CO3(或BaCl2、NaOH、Na2CO3或BaCl2、Na2CO3、NaOH)(只填化学式).
(2)洗涤除去NaCl晶体表面附带的少量KCl,选用的试剂为75%乙醇.
(3)如何检验NaCl已洗涤干净?(简述方法、现象和结论)取最后一次的洗涤液少许,做焰色反应,透过蓝色钴玻璃未看到紫色,说明已洗净.
(4)用提纯的NaCl配制480mL 4.00mol•L-1NaCl溶液,需要用托盘天平称取NaCl的质量117.0g.
(5)用惰性电极电解饱和食盐水,如何检验阳极产生的气体?(简述过程,描述现象,结论)将湿润的淀粉-KI试纸靠近阳极,若试纸变蓝,说明产生氯气.

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科目:高中化学 来源: 题型:选择题

8.下列有关实验原理或操作正确的是(  )
A.实验室将硫酸铜溶液直接加热蒸干来制取CuSO4•5H2O
B.用湿润的pH试纸来测溶液的pH
C.不慎将浓碱溶液沾到皮肤上,可先立即用稀盐酸中和,后用大量水冲洗,再涂上2%~5%的硼酸溶液
D.用四氯化碳萃取溴水中的溴

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