Question

1．K₂SO₄是无氯优质钾肥，Mn₃O₄是生产软磁铁氧体材料的主要原料．以硫酸工业的尾气联合制备K₂SO₄和Mn₃O₄的工艺流程如图1：

（1）反应Ⅰ通入足量空气的目的是保证二氧化硫在溶液中充分被氧化为硫酸钙．
（2）写出反应Ⅱ的离子方程式CaSO₄+NH₃+HCO₃^-=CaCO₃+NH₄⁺+SO₄^2-，该反应需控制在60℃-70℃之间的原因是加快反应速率同时防止铵盐分解．
（3）几种盐的溶解度见图2．反应Ⅲ中，向（NH₄）₂SO₄溶液中加入KCl溶液充分反应后，进行蒸发浓缩、趁热过滤、洗涤、干燥等操作即得K₂SO₄产品．
（4）反应Ⅳ的化学方程式为MnO₂+SO₂=MnSO₄．
（5）图3为煅烧MnSO₄•H₂O时温度与剩余固体质量变化曲线．
①该曲线中A段所表示物质的化学式为MnSO₄．
②已知B阶段产物为Mn₃O₄，当煅烧温度为1000℃时得到的产物再冷却到400℃过程中，测得产物的总锰含量会减小．试分析产物总锰含量减小的原因MnSO₄部分Mn₃O₄又被氧化成Mn₂O₃或MnO₂，造成总锰含量减少．

Answer 1

分析 硫酸工业的尾气中含有二氧化硫，反应Ⅰ是用碳酸钙、二氧化硫反应生成亚硫酸钙，再被空气中的氧气氧化成硫酸钙，反应Ⅱ为硫酸钙中加入碳酸铵和氨水，生成碳酸钙沉淀和硫酸铵，反应Ⅲ向（NH₄）₂SO₄溶液中加入KCl溶液充分反应后，进行蒸发浓缩、趁热过滤、洗涤、干燥等操作即得K₂SO₄产品，反应Ⅳ为二氧化锰氧化二氧化硫得硫酸锰，经除杂结晶得硫酸锰晶体，再经加热可得Mn₃O₄，
（1）氧气能将亚硫酸钙氧化成硫酸钙；
（2）反应Ⅱ硫酸钙中加入碳酸铵和氨水，生成碳酸钙沉淀和硫酸铵，根据电守恒和元素守恒书写离子方程式，该反应在温度太高，铵盐会分解，温度太低，反应速率太慢；
（3）根据溶解度曲线图可知，硫酸钾的溶解度较小，而氯化铵的溶解度较大，据此判断操作步骤；
（4）反应Ⅳ为二氧化锰氧化二氧化硫得硫酸锰，根据元素守恒和电子得失守恒书写化学方程式；
（5）时温度与剩余固体质量变化曲线．
①MnSO₄•H₂O受热分解，先失去结晶水，根据剩余固体与晶体的质量比可确定A的组成；
②在冷却过程中，Mn₃O₄会被空气中的氧气氧化成Mn₂O₃或MnO₂，据此答题．

解答 解：（1）氧气能将亚硫酸钙氧化成硫酸钙，所以反应Ⅰ通入足量空气的目的是保证二氧化硫在溶液中充分被氧化为硫酸钙，
故答案为：保证二氧化硫在溶液中充分被氧化为硫酸钙；
（2）反应Ⅱ硫酸钙中加入碳酸铵和氨水，生成碳酸钙沉淀和硫酸铵，反应的离子方程式为CaSO₄+NH₃+HCO₃^-=CaCO₃+NH₄⁺+SO₄^2-，该反应在温度太高，铵盐会分解，温度太低，反应速率太慢，所以反应需控制在60℃-70℃之间，其原因是加快反应速率同时防止铵盐分解，
故答案为：CaSO₄+NH₃+HCO₃^-=CaCO₃+NH₄⁺+SO₄^2-；加快反应速率同时防止铵盐分解；
（3）根据溶解度曲线图可知，硫酸钾的溶解度较小，而氯化铵的溶解度较大，所以从混合溶液中获得硫酸钾晶体的操作步骤是蒸发浓缩、趁热过滤、洗涤、干燥等，
故答案为：蒸发浓缩；趁热过滤；
（4）反应Ⅳ为二氧化锰氧化二氧化硫得硫酸锰，反应化学方程式为MnO₂+SO₂=MnSO₄，
故答案为：MnO₂+SO₂=MnSO₄；
（5）①MnSO₄•H₂O受热分解，先失去结晶水，设MnSO₄•H₂O的物质的量为1 mol，则m（MnSO₄•H₂O）=1mol×169g•mol^-1=169g，其中含有m（MnSO₄）=1mol×151g•mol^-1=151g，根据题意可知，在A处固体的质量为169g×$\frac{89.35}{100}$=151，所以A的组成为MnSO₄，
故答案为：MnSO₄；
②在冷却过程中，Mn₃O₄会被空气中的氧气氧化成Mn₂O₃或MnO₂，会导致计算出的Mn、O的原子个数比偏小，即测得产物的总锰含量会减小，
故答案为：MnSO₄部分Mn₃O₄又被氧化成Mn₂O₃或MnO₂，造成总锰含量减少．

点评 本题考查物质的制备实验，为高频考点，把握物质的分享、氧化还原反应、元素守恒的计算等为解答的关键，侧重分析与实验、计算能力的考查，题目难度中等．