Question

某化学小组在实验室模拟用软锰矿（主要成分MnO₂，杂质为铁及铜的化合物等）制备高纯碳酸锰，过程如下（部分操作和条件略）：
① 缓慢向烧瓶中（见图）通入过量混合气进行“浸锰”操作，主要反应原理为：

SO₂+ H₂O = H₂SO₃
MnO₂+ H₂SO₃ = MnSO₄+ H₂O
（铁浸出后，过量的SO₂ 会将Fe³⁺还原为Fe²⁺）
② 向“浸锰”结束后的烧瓶中加入一定量纯MnO₂粉末。
③ 再用Na₂CO₃溶液调节pH为3.5左右，过滤。
④ 调节滤液pH为6.5～7.2 ，加入NH₄HCO₃ ，有浅红色的沉淀生成，过滤、洗涤、干燥，得到高纯碳酸锰。
回答：
（1）“浸锰”反应中往往有副产物MnS₂O₆ 的生成，温度对“浸锰”反应的影响如下图，为减少MnS₂O₆的生成，“浸锰”的适宜温度是          。

（2）查阅表1，③中调pH为3.5时沉淀的主要成分是      。②中加入一定量纯MnO₂粉末的主要作用是        ，相应反应的离子方程式为         。
表1：生成相应氢氧化物的pH

物质	Fe(OH)3	Fe(OH)2	Mn(OH)2	Cu(OH)2
开始沉淀pH	2.7	7.6	8.3	4.7
完全沉淀pH	3.7	9.6	9.8	6.7

 
（3）③中所得的滤液中含有Cu²⁺，可添加过量的难溶电解质MnS除去Cu²⁺，经过滤，得到纯净的MnSO₄。用平衡移动原理解释加入MnS的作用_________________。
（4）④中加入NH₄HCO₃ 后发生反应的离子方程式是____________________。
（5）检验④中沉淀是否洗涤干净的方法是          。

Answer 1

（12分）
（1）150℃ （或150℃以上）（1分）
（2） Fe(OH)₃   （1分）
将Fe²⁺氧化为Fe³⁺，将过量的SO₂氧化除去（2分）
        MnO₂＋2Fe²⁺＋4H⁺=Mn²⁺＋2Fe³⁺＋2H₂O ， MnO₂+SO₂ = Mn²⁺ + SO₄^2-  （2分）
（3）MnS(s)Mn²⁺(aq)+S^2-(aq)

生成的CuS比MnS更难溶，促进MnS不断溶解，平衡右移，使Cu²⁺除去。（2分）
（4）Mn^2＋＋2HCO₃^－＝MnCO₃↓＋CO₂↑＋H₂O  （2分）
（5）取少量最后一次洗涤后的滤液放入试管中，滴加酸化的BaCl₂溶液，若无白色沉淀产生，则沉淀洗涤干净；反之则未洗干净。（2分）（其他答案合理，给分）

解析试题分析：（1）根据图1和图2，150℃以上时，副产物MnS₂O₆ 的生成率低，Mn^2＋ 的浸出率高，答案：150℃ （或150℃以上）（1分）
（2）pH在2.7到3.5之间时沉淀主要成分是Fe(OH)₃ ，答案：Fe(OH)₃ 1分）
Fe^2＋ 在pH为7.6到9.6之间沉淀，而此时Mn^2＋ 也产生沉淀，无法分离，故要将Fe^2＋ 氧化成Fe^3＋ 以便在pH小于8.7时沉淀，与Mn^2＋ 分离，故答案：将Fe²⁺氧化为Fe³⁺，将过量的SO₂氧化除去（2分）
MnO₂＋2Fe²⁺＋4H⁺=Mn²⁺＋2Fe³⁺＋2H₂O ， MnO₂+SO₂ = Mn²⁺ + SO₄^2-  （2分）
（3）Cu^2＋ ＋MnSMn^2＋＋CuS,沉淀的转化，由溶解度较大的MnS转化为溶解度较小的CuS,原理见答案。答案：
MnS(s)Mn²⁺(aq)+S^2-(aq)

生成的CuS比MnS更难溶，促进MnS不断溶解，平衡右移，使Cu²⁺除去。（2分）
（4）④中加入NH₄HCO₃ 后发生反应的产生MnCO₃沉淀，离子方程式为：Mn^2＋＋2HCO₃^－＝MnCO₃↓＋CO₂↑＋H₂O ，答案：Mn^2＋＋2HCO₃^－＝MnCO₃↓＋CO₂↑＋H₂O （2分）
（5）检验④中沉淀是否洗涤干净，就是检验洗涤液中有无SO₄^2―,答案为：取少量最后一次洗涤后的滤液放入试管中，滴加酸化的BaCl₂溶液，若无白色沉淀产生，则沉淀洗涤干净；反之则未洗干净。（2分）（其他答案合理，给分）
考点：应用化学反应原理解决化工生产中的实际问题