题目内容
【题目】[化学——选修2:化学与技术]
软锰矿(主要成分为MnO2)可用于制备锰及其化合物。
(1)早期冶炼金属锰的一种方法是先煅烧软锰矿生成Mn3O4,再利用铝热反应原理制得锰,该铝热反应的化学方程式为_______________。
(2)现代冶炼金属锰的一种工艺流程如下图所示:
下表为t℃时,有关物质的pKsp(注:pKsp =-lgKsp)。
物质 | Fe(OH)3 | Cu(OH)2 | Ca(OH)2 | Mn(OH)2 | CuS | CaS | MnS | MnCO3 |
pKsp | 37.4 | 19.32 | 5.26 | 12.7 | 35.2 | 5.86 | 12.6 | 10.7 |
软锰矿还原浸出的反应为:12MnO2+C6H12O6+12H2SO4 12MnSO4+6CO2↑+18H2O
①该反应中,还原剂为_______。写出一种能提高还原浸出速率的措施:_______。
②滤液1的pH_______(填“大于”、“小于”或“等于”)MnSO4浸出液的pH。
③加入MnF2的主要目的是除去 (填Ca2+、Fe3+或Cu2+)。
(3)由MnSO4制取MnCO3:往MnSO4溶液中加入过量NH4HCO3溶液,该反应的离子方程式为____________;若往MnSO4溶液中加入(NH4)2CO3溶液,还会产生Mn(OH)2,可能的原因是:MnCO3(s)+2OH-(aq)Mn(OH)2(s)+CO32-(aq),t ℃时,计算该反应的平衡常数K= (填数值)。
【答案】(1)8Al + 3Mn3O44Al2O3+ 9Mn;
(2)①C6H12O6,升高反应温度(或将软锰矿研细等其他合理答案);②大于;③Ca2+ ;
(3)Mn2++2HCO3-=MnCO3↓+ H2O + CO2↑,100。
【解析】
试题分析:(1)铝热反应的实质利用铝的强金属性,把弱金属性金属置换出来,8Al + 3Mn3O44Al2O3+ 9Mn;
(2)①还原剂是失电子,化合价升高被氧化,根据上述化合价的分析,C6H12O6中H为+1、O为-2,整个化合价的代数和为0,则C的化合价为0,CO2中C的化合价为+4价,即还原剂为C6H12O6,MnO2中Mn的化合价为+4价→+2价,提高还原浸出速率的措施为:升高温度、研细软锰矿等;②软锰矿还原浸出得到MnSO4溶液,说明浸出液为稀硫酸,同时溶液中还含有Ca2+、Fe3+、Cu2+等杂质,调节溶液的pH,Fe(OH)3的pKsp为37.4与其他离子相比最大,pKsp=-lgKsp,pKsp越大,沉淀溶解平衡常数越小,滤液1为形成Fe(OH)3沉淀,pKsp=-lgKsp=37.4,Ksp=10-37.4,Ksp=c(Fe3+)×c2(OH-),c(OH-)≈10-10,c(H+)=1×10-4mol·L-1,pH=4,滤液1的pH大于MnSO4浸出液的pH;③向溶液中加热硫化铵,CuS的pKsp为35.2,可以将Cu2+形成硫化物沉淀下来,再加入MnF2,形成CaF2沉淀,除去Ca2+,最后得到的含有锰离子的盐电解,可以达到金属锰;
(3)Mn2+和HCO3-发生成MnCO3、水和CO2,离子反应方程式为:Mn2++2HCO3-=MnCO3↓+ H2O + CO2↑,由MnCO3(s)+2OH-(aq) Mn(OH)2(s)+CO32-(aq)可知,Ksp=c(CO32-)/c2(OH-)= [Ksp(MnCO3)/c(Mn2+)] /[Ksp(Mn(OH)2)/c(Mn2+)]=10-10.7/10-12.7=100。
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【题目】TiO2和TiCl4都是钛的重要化合物,某化学兴趣小组在实验室对两者的制备及性质进行探究。
Ⅰ.制备TiCl4
实验室利用反应TiO2 (s)+CCl4(g)TiCl4(g)+CO2(g),在无水无氧条件下制备TiCl4,装置图和有关信息如下:
物质 | 熔点/℃ | 沸点/℃ | 其他 |
CCl4 | —23 | 76 | 与TiCl4互溶 |
TiCl4 | —25 | 136 | 遇潮湿空气产生白雾 |
请回答下列问题:
(1)仪器A的名称是 。
(2)实验开始前后的操作包括:①检查装置气密性,②组装仪器,③通N2一段时间,④加装药品,⑤点燃
酒精灯⑥停止通N2⑦停止加热。正确的操作顺序是__________________________。实验结束后欲分离D中的液态混合物,所采用操作的名称是 。
(3)装置E能否 (填“能”或“不能”)换成装置A,理由是 。
(4)TiCl4是制取航天航空工业材料——钛合金的重要原料。某钛合金的元素还有Al和Si等,已知在常温下,钛是一种耐强酸强碱的金属,请设计实验检验其中的Si元素。 。
Ⅱ.制备TiO2及测定TiO2的质量分数:
在TiCl4中加水、加热,水解得到沉淀TiO2·xH2O,经过滤、水洗,再烘干、焙烧除去水分得到粉体TiO2。
(5)写出生成TiO2·xH2O的化学方程式 。
(6)检验沉淀是否洗涤干净的方法是___________________________________________。
(7) 一定条件下,将TiO2溶解并还原为Ti3+,用NH4Fe(SO4)2标准溶液滴定Ti3+至全部生成Ti4+。滴定分析时,称取上述TiO2试样0.2g,消耗0.1 mol·L-1 NH4Fe(SO4)2标准溶液20mL。
①配制NH4Fe(SO4)2标准溶液时,加入一定量H2SO4的目的是: 。
②该滴定操作所用到的指示剂是 。
③则TiO2质量分数为 。