Question

3．高高纯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SO₂，继续反应片刻，过滤
①写出反应方程式：MnO₂+H₂SO₃=MnSO₄+H₂O；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，在通人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（填两种）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，若其中Mn²⁺对O₂与H₂SO₃反应所起的作用是Mn²⁺催化氧气与亚硫酸反应生成硫酸．
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开始沉淀的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：H₂O、Ca（OH）₂、NaHCO₃、Na₂CO₃、C₂H₅OH]．
①边搅拌边加入碳酸钠，并控制溶液pH＜7.7；
②滤，用少量水洗涤2-3次；
③检验SO₄^2-是否被洗涤干净；
④用少量的乙醇洗涤；
⑤低于100℃干燥．

Answer 1

分析 （1）①MnO₂做氧化剂把亚硫酸氧化为硫酸，自身被还原为Mn²⁺，据此书写反应方程式；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；
②为使SO₂尽可能转化完全，一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；
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）①MnO₂做氧化剂把亚硫酸氧化为硫酸，自身被还原为Mn²⁺，故反应的离子方程式为：MnO₂+H₂SO₃=MnSO₄+H₂O；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，反应为SO₂+Ca（OH）₂=CaSO₃+H₂O；
故答案为：MnSO₄+H₂O；SO₂+Ca（OH）₂=CaSO₃+H₂O；
②为使SO₂尽可能转化完全，一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用少量乙醇洗涤；⑤低于100℃干燥；
故答案为：①碳酸钠；＜；
②过滤，用少量水洗涤2-3次；  
③检验SO₄^2-是否被洗涤干净；
④用少量的乙醇洗涤．

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．