Question

6．硫酸锰铵晶体在农业上常用作微量元素肥料，实验室制备硫酸锰铵晶体的主要实验步骤如图：

（1）实验室欲配制100mL 1mol/LH₂SO₄溶液，所需的仪器除烧杯、玻璃棒、量筒外，还需要的玻璃仪器是胶头滴管和100mL容量瓶．
（2）步骤①中的反应在加热的条件下进行，该反应的化学方程式为MnO₂+H₂C₂O₄+H₂SO₄$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$MnSO₄+2CO₂↑+2H₂O；说明该反应已完全的依据是溶液中不再有气泡逸出．
（3）为检验产品中Mn²⁺，取产品少许溶于4mol/L硝酸中，加人少量NaBiO₃粉末，搅拌，将过量的试剂离心沉降后，溶液呈紫红色（反应中铋被还原为Bi³⁺），则反应中氧化剂与还原剂的物质的量之比为5：2．
（4）为测定产品中硫酸锰铵晶体[（NH₄）xMny（SO₄）z•nH₂O]的组成，其步骤如下：
①取少量产品进行热重分析，在371℃失重率为30.8%，此时已失去全部结晶水（失重率=$\frac{固体样品减少的质量}{固体样品的起始质量}$×100%）
②另取0.818g样品，加人足量NaOH溶液并加热，收集到标准状况下的气体89.6mL，所得溶液用盐酸酸化后，加人足量BaC1₂溶液，得白色沉淀0.932g．则硫酸锰铵晶体的化学式（NH₄）₂Mn（SO₄）₂•7H₂O．

Answer 1

分析 实验室制备硫酸锰铵晶体的：将硫酸与草酸二氧化锰混合，发生反应：MnO₂+H₂C₂O₄+H₂SO₄$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$MnSO₄+2CO₂↑+2H₂O，过滤，得到硫酸锰的溶液，向其中加入硫酸铵，在冰水浴中冷却，过滤，并用少量乙醇溶液洗涤，制得产品，
（1）配制溶液，所需的玻璃仪器有烧杯、玻璃棒、量筒胶体滴管、容量瓶；
（2）步骤①中为二氧化锰与草酸、硫酸反应生成硫酸锰和二氧化碳；溶液不再有气泡冒出时，说明反应已完全；
（3）Mn²⁺与NaBiO₃固体、稀硝酸微热，反应后溶液变紫色，说明有MnO₄^-产生，同时生成无色的Bi³⁺，根据电子得失可得；
（4）根据失重率计算0.818g样品中水的质量，加人足量NaOH溶液并加热，收集到标准状况下的气体89.6mL，该气体为氨气，计算铵根离子，所得溶液用盐酸酸化后，加入足量BaC1₂溶液，得白色沉淀0.932g，该沉淀为硫酸钡，可计算硫酸根离子，据此分析．

解答 解：（1）配制100mL 1mol/LH₂SO₄溶液，所需的仪器除烧杯、玻璃棒、量筒外，还需要的玻璃仪器是胶头滴管和100 mL容量瓶；
故答案为：胶头滴管和100 mL容量瓶；
（2）步骤①中为二氧化锰与草酸、硫酸反应，二氧化锰有氧化性，被草酸还原为锰离子，草酸有还原性，被还原为二氧化碳，方程式为：MnO₂+H₂C₂O₄+H₂SO₄$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$MnSO₄+2CO₂↑+2H₂O；溶液不再有气泡冒出时，说明反应已完全；
故答案为：MnO₂+H₂C₂O₄+H₂SO₄$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$MnSO₄+2CO₂↑+2H₂O；溶液中不再有气泡逸出；
（3）Mn²⁺与NaBiO₃固体、稀硝酸微热，反应后溶液变紫色，说明有MnO₄^-产生，锰离子化合价升高，作还原剂，升高五价，同时生成无色的Bi³⁺，化合价由+5价降低到+3价，作氧化剂，升高2价，升价降价应相等，则反应方程式中锰离子应配5，NaBiO₃应配2，则氧化剂与还原剂的物质的量之比为5：2；
故答案为：5：2；
（4）取0.818g样品，加人足量NaOH溶液并加热，收集到标准状况下的气体89.6mL，该气体为氨气，则n（NH₄⁺）=n（氨气）=0.0896L÷22.4L=0.004mol，m（NH₄⁺）=0.004mol×18g/mol=0.072g，
所得溶液用盐酸酸化后，加人足量BaC1₂溶液，得白色沉淀0.932g，该沉淀为硫酸钡沉淀，故n（SO₄^2-）=n（硫酸钡）=0.932g÷233g/mol=0.004mol，m（SO₄^2-）=0.004mol×96g/mol=0.384g，
在371℃失重率为30.8%，此时已失去全部结晶水，则0.818g样品中，m（H₂O）=0.818g×30.8%=0.25g，n（H₂O）=0.25g÷18g/mol=0.14mol，
则0.818g样品中，m（Mn²⁺）=（0.818-0.072-0.384-0.25）g=0.112g，则n（Mn²⁺）=0.112g÷60g/mol=0.002mol，
故x：y：z：n=0.004：0.002：0.004：0.14=2：1：2：7；[（NH₄）xMny（SO₄）z•nH₂O的化学式为：（NH₄）₂Mn（SO₄）₂•7H₂O；
故答案为：（NH₄）₂Mn（SO₄）₂•7H₂O．

点评 本题考查硫酸锰铵晶体的制取及成分的探究，注意从质量守恒的角度分析，加强随数据的处理和分析能力，充分考查学生的分析能力及化学实验能力，题目难度中等．