Question

14．用菱锰矿（主要含MnCO₃、FeCO₃、Al₂O₃、SiO₂）制备MnSO₄•H₂O的工艺流程如下：
Ⅰ．向菱锰矿中加入过量稀H₂SO₄，过滤；
Ⅱ．向滤液中加入过量MnO₂，过滤；
Ⅲ．调节滤液pH=a，过滤；
Ⅳ．浓缩、结晶、分离、干燥得到产品；
Ⅴ．检验产品纯度．
（1）步骤Ⅰ中，滤渣的主要成分是SiO₂．
（2）将MnO₂氧化Fe²⁺的离子方程式补充完整：
1MnO₂+2Fe²⁺+4H⁺=1  Mn²⁺+2Fe³⁺+2H₂O
（3）与选用Cl₂作为氧化剂相比，MnO₂的优势主要在于：原料来源广、成本低、可避免环境污染、不会引入Cl^-，使制得的MnSO₄?H₂O产品更纯净．
（4）已知：
生成氢氧化物沉淀的pH

	Al（OH）3	Fe（OH）2	Fe（OH）3	Mn（OH）2
开始沉淀时	3.4	6.3	1.5	7.6
完全沉淀时	4.7	8.3	2.8	10.2

注：金属离子的起始浓度为0.1mol/L
步骤Ⅲ中a的取值范围是4.7≤a＜7.6．
（5）步骤Ⅴ，通过测定产品中锰元素的质量分数来判断产品纯度．
已知一定条件下，MnO₄^-与Mn²⁺反应生成MnO₂．取x g产品配成溶液，用0.1mol/L KMnO₄溶液滴定，消耗KMnO₄溶液y mL，产品中锰元素的质量分数为$\frac{1.5y×1{0}^{-4}×55}{x}$．

Answer 1

分析 菱锰矿（主要含MnCO₃、FeCO₃、Al₂O₃、SiO₂），加入过量稀H₂SO₄，生成硫酸锰、硫酸亚铁、硫酸铝溶液，二氧化硅不溶解，过滤除去二氧化硅；向滤液中加入过量MnO₂，将亚铁离子氧化为铁离子，本身被还原为二价锰离子，调节滤液pH，使三价铁离子和铝离子沉淀，过滤除去氢氧化铁和氢氧化铝固体，对硫酸锰溶液进行浓缩、冷切结晶、过滤、洗涤干燥得到产品，
（1）二氧化硅不溶于稀硫酸；
（2）根据化合价升降守恒、电荷守恒、原子守恒配平反应；
（3）注意最后不能引入杂质离子，氯气会引入氯离子；
（4）调节滤液pH，使三价铁离子和铝离子沉淀，而锰离子不能沉淀，根据表格回答；
（5）根据方程式3Mn²⁺+2MnO₄^-+2H₂O=5MnO₂+4H⁺进行计算．

解答 解：菱锰矿（主要含MnCO₃、FeCO₃、Al₂O₃、SiO₂），加入过量稀H₂SO₄，生成硫酸锰、硫酸亚铁、硫酸铝溶液，二氧化硅不溶解，；向滤液中加入过量MnO₂，将亚铁离子氧化为铁离子，本身被还原为二价锰离子，调节滤液pH，使三价铁离子和铝离子沉淀，过滤除去氢氧化铁和氢氧化铝固体，对硫酸锰溶液进行浓缩、冷切结晶、过滤、洗涤干燥得到产品，
（1）菱锰矿（主要含MnCO₃、FeCO₃、Al₂O₃、SiO₂），加入过量稀H₂SO₄，生成硫酸锰、硫酸亚铁、硫酸铝溶液，二氧化硅不溶解，滤渣的主要成分是二氧化硅，
故答案为：二氧化硅；
（2）锰元素化合价由+4价降低到+2价，铁元素由+2价升高到+3价，根据化合价升降守恒、电荷守恒、原子守恒，配平反应为MnO₂+2Fe²⁺+4H⁺=Mn²⁺+2Fe³⁺+2H₂O，
故答案为：MnO₂+2Fe²⁺+4H⁺=Mn²⁺+2Fe³⁺+2H₂O；
（3）选用Cl₂作为氧化剂会最后的溶液中引入氯离子，使制得的产品不纯，而MnO₂不会引入Cl^-，使制得的MnSO₄?H₂O产品更纯净，
故答案为：不会引入Cl^-，使制得的MnSO₄?H₂O产品更纯净；
（4）调节滤液pH，使三价铁离子和铝离子沉淀，根据表格可知二价锰离子开始沉淀的pH=7.6，铝离子开始沉淀的pH=4.7，故4.7≤a＜7.6，
故答案为：4.7≤a＜7.6；
（5）设含有硫酸锰的物质的量为z，根据方程式
  3Mn²⁺+2MnO₄^-+2H₂O=5MnO₂+4H⁺
  3mol  2mol
  z     0.1y×10^-3mol
z=0.15y×10^-3mol，
锰元素的质量分数=$\frac{1.5y×1{0}^{-4}×55}{x}$，
故答案为：$\frac{1.5y×1{0}^{-4}×55}{x}$．

点评 本题考查实验制备方案，侧重考查学生对原理及操作的分析评价、对数据的分析运用、物质的分离提纯等，需要学生具备知识的基础，难度中等．