Question

9．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的实验步骤如图：
Ⅰ、制备MnSO₄溶液

在三颈烧瓶中加入4.35gMnO₂和足量的水，搅拌，通入SO₂和N₂，反应3h．停止通入SO₂和N₂，继续反应片刻，过滤，洗涤，得MnSO₄溶液．
（1）制取MnSO₄的化学反应方程式为MnO₂+SO₂=MnSO₄．
（2）石灰乳的作用是吸收尾气SO₂，防止污染空气．
（3）反应过程中，为使SO₂尽可能转化完全，在不改变固液投料的条件下，可采取的合理措施有控制适当的水浴温度、减缓通入气体的速度、减小SO₂在混合气（与N₂）中的比例．（答两条）
（4）水浴加热的优点是受热均匀，容易控制温度．
Ⅱ、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；pH=7.7时Mn（OH）₂开始沉淀．
实验步骤：
①将所得MnSO₄溶液与20.0mL 2.0mol/L的Na₂CO₃溶液混合，充分反应；②过滤，用少量水洗涤2～3次；③用少量C₂H₅OH洗涤；④低温 （低于100℃） 干燥，得固体3.45g．
（1）MnSO₄溶液与Na₂CO₃溶液混合的正确操作为a．（填序号）
a．将Na₂CO₃溶液缓慢滴加到MnSO₄溶液中，边加边搅拌
b．将MnSO₄溶液缓慢滴加到Na₂CO₃溶液中，边加边搅拌
c．将Na₂CO₃溶液迅速倒入到MnSO₄溶液中，并充分搅拌
d．将MnSO₄溶液迅速倒入到Na₂CO₃溶液中，并充分搅拌
（2）检验MnCO₃固体是否洗涤干净的方法为取最后一次洗涤液少许于试管中，滴加BaCl₂溶液，如果不产生沉淀，说明已洗涤干净，否则说明未洗涤干净．
（3）用少量C₂H₅OH洗涤的目的是乙醇沸点低于100℃，便于低温干燥且MnCO₃不分解．
（4）MnCO₃的产率为75%．

Answer 1

分析 Ⅰ．（1）由题可知，二氧化锰和二氧化硫制得MnSO₄；
（2）SO₂有毒，污染空气，石灰乳与SO₂发生反应，吸收未反应的SO₂；
（3）为使SO₂尽可能转化完全，可以控制反应的温度，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，或者减小SO₂在混合气（与N₂）中的比例等；
（4）水浴加热的优点是受热均匀，容易控制温度；
Ⅱ．（1）pH=7.7时Mn（OH）₂开始沉淀，故应选择将Na₂CO₃溶液缓慢滴加到MnSO₄溶液中，边加边搅拌；
（2）MnCO₃固体表面附着硫酸根离子，故检验MnCO₃固体是否洗涤干净的方法为检验其洗涤液是否含有硫酸根离子即可；
（3）已知MnCO₃难溶于水、乙醇，潮湿时易被空气氧化，100℃开始分解，乙醇沸点低于100℃，便于低温干燥且MnCO₃不分解；
（4）计算MnSO₄溶液与20.0mL 2.0mol/L的Na₂CO₃溶液混合制得碳酸锰的理论量，再计算其产率．

解答 解：Ⅰ．（1）二氧化锰具有氧化性，二氧化硫具有还原性，制取MnSO₄的化学反应方程式为：MnO₂+SO₂=MnSO₄；
故答案为：MnO₂+SO₂=MnSO₄；
（2）SO₂有毒，污染空气，石灰乳与SO₂发生反应，吸收未反应的SO₂；
故答案为：吸收尾气SO₂，防止污染空气；
（3）为使SO₂尽可能转化完全，可以控制反应的温度，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，或者减小SO₂在混合气（与N₂）中的比例等；
故答案为：控制适当的水浴温度、减缓通入气体的速度、减小SO₂在混合气（与N₂）中的比例；
（4）水浴加热的优点是受热均匀，容易控制温度；
故答案为：受热均匀，容易控制温度；
Ⅱ．（1）pH=7.7时Mn（OH）₂开始沉淀，故应选择将Na₂CO₃溶液缓慢滴加到MnSO₄溶液中，边加边搅拌；
故答案为：a；
（2）MnCO₃固体表面附着硫酸根离子，故检验MnCO₃固体是否洗涤干净的方法为检验其洗涤液是否含有硫酸根离子，方法为：取最后一次洗涤液少许于试管中，滴加BaCl₂溶液，如果不产生沉淀，说明已洗涤干净，否则说明未洗涤干净；
故答案为：取最后一次洗涤液少许于试管中，滴加BaCl₂溶液，如果不产生沉淀，说明已洗涤干净，否则说明未洗涤干净；
（3）已知MnCO₃难溶于水、乙醇，潮湿时易被空气氧化，100℃开始分解，乙醇沸点低于100℃，便于低温干燥且MnCO₃不分解；
故答案为：乙醇沸点低于100℃，便于低温干燥且MnCO₃不分解；
（4）MnSO₄溶液与20.0mL 2.0mol/L的Na₂CO₃溶液混合理论得到碳酸锰的物质的量为：20.0mL×10^-3×2.0mol/L=0.04mol，质量为：0.04mol×115g/mol=4.6g，则产率为：$\frac{3.45g}{4.6g}×100%$=75%；
故答案为：75%．

点评 本题以物质制备为载体，考查学生对原理的分析理解、物质的分离提纯、氧化还原反应、物质含量测定、实验方案设计、信息获取与迁移运用等，需要学生具备扎实的基础，题目难度中等．