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15.碳酸锰(MnCO3)是理想的高性能强磁性材料,也是制备Mn2O3、MnO2等锰的氧化物的重要原料,广泛用于电子、化工、医药等行业.

(1)工业上制备方程式为:MnSO4+2NH4HCO3=MnCO3↓+(NH4)2SO4+CO2↑+H2O.反应中通常需加入稍过量的NH4HCO3,且控制溶液的pH为6.8~7.4.加入稍过量的NH4HCO3的目的是加入稍过量的NH4HCO3能提高MnSO4的转化率,使MnCO3沉淀完全.
(2)实验室模拟工业二氧化锰制备硫酸锰装置如图1
①石灰乳参与反应的化学方程式为Ca(OH)2十SO2=CaSO3+H2O.
②反应过程中,为使SO2尽可能转化完全,在通入SO2和N2比例一定、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温度、缓慢通人混合气体.
(3)MnCO3在空气中加热易转化为不同价态的锰的氧化物,其固体残留率随温度的变化如图2所示.则300℃时,剩余固体中n(Mn):n(O)为1:2;图中点D对应固体的成分为Mn3O4与MnO(填化学式).

分析 (1)化学平衡原理分析可知,两种反应物增大一种会提高另一种物质转化率;
(2)①石灰乳的作用是吸收尾气二氧化硫,碱和酸性氧化物反应得到对应的盐和水;
②为使SO2尽可能转化完全,一定要保证控制反应的温度,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;
(3)分析图象变化特征,结合固体失重金属判断各点的剩余固体,主要是金属BC点剩余固体成分判断D点的固体成分,
A点剩余固体质量为115 g×75.65%=87 g
减少的质量为115 g-87 g=28 g
可知MnCO3失去的组成为CO,剩余固体的成分为MnO2
B点剩余固体质量为115 g×66.38%=76.337 g
因m(Mn)=55 g,则m(O )2=76.337 g-55 g=21.337 g
则n(Mn):n(O)=$\frac{55}{55}$:$\frac{21.337}{16}$=3:4
故剩余固体的成分为Mn3O4
因D点介于B、C之间,故D点对应固体的成分为Mn3O4与MnO的混合物;

解答 解:(1)工业上制备方程式为:MnSO4+2NH4HCO3=MnCO3↓+(NH4)2SO4+CO2↑+H2O.反应中通常需加入稍过量的NH4HCO3,且控制溶液的pH为6.8~7.4.加入稍过量的NH4HCO3的目的是:加入稍过量的NH4HCO3能提高MnSO4的转化率,使MnCO3沉淀完全,
故答案为:加入稍过量的NH4HCO3能提高MnSO4的转化率,使MnCO3沉淀完全;
(2)①二氧化硫和氢氧化钙反应生成亚硫酸钙和水,反应的化学方程式为:Ca(OH)2十SO2=CaSO3+H2O,
故答案为:Ca(OH)2十SO2=CaSO3+H2O;
②反应过程中,为使SO2尽可能转化完全,在通入SO2和N2比例一定、不改变固液投料的条件下,可采取的合理措施有:控制适当的温度、缓慢通人混合气体,
故答案为:控制适当的温度、缓慢通人混合气体;
(3)设MnCO3的物质的量为1 mol,即质量为115 g
①A点剩余固体质量为115 g×75.65%=87 g
减少的质量为115 g-87 g=28 g
可知MnCO3失去的组成为CO
故剩余固体的成分为MnO2 ,n(Mn):n(O)=1:2,
故答案为:1:2;
②C点剩余固体质量为115 g×61.74%=71 g
据锰元素守恒知m(Mn)=55 g,则m(O )1=71 g-55 g=16 g
则n(Mn):n(O)=$\frac{55}{55}$:$\frac{16}{16}$=1:1
故剩余固体的成分为MnO
同理,B点剩余固体质量为115 g×66.38%=76.337 g
因m(Mn)=55 g,则m(O )2=76.337 g-55 g=21.337 g
则n(Mn):n(O)=$\frac{55}{55}$:$\frac{21.337}{16}$=3:4
故剩余固体的成分为Mn3O4
因D点介于B、C之间,故D点对应固体的成分为Mn3O4与MnO的混合物,
故答案为:Mn3O4与MnO;

点评 本题主要考查了制备高纯碳酸锰实验方案、化学式的计算确定,读懂工艺流程,正确识图、理解离子反应的本质是解答的关键,本题实验综合性强,难度中等.

练习册系列答案
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5.乙酸乙酯是重要的有机合成中间体,广泛应用于化学工业.某学生在实验室利用如图的实验装置制备乙酸乙酯并研究其反应条件.
物质沸点/°C密度/g?cm-3
乙醇78.0 0.79
乙酸117.9 1.05
乙酸乙酯77.50.90
异戊醇1310.8123
乙酸异戊酯1420.8670
实验步骤如下:
①配制反应混合液:2mL浓H2SO4、3mL乙醇、2mL乙酸
②按图连接实验装置并检验气密性
③分别在试管1、试管2中加入反应液
④用酒精灯微热3min,再加热使之微微沸腾3min
⑤分离提纯乙酸乙酯
(1)在试管1中加入物质分别是:碎瓷片(按着加入的先后顺序写出名称),乙醇过量的目的是:提高乙酸的转化率;
(2)该反应的平衡常数表达式K=$\frac{[C{H}_{3}COOC{H}_{2}C{H}_{3}][{H}_{2}O]}{[CH{\;}_{3}COOH][C{H}_{{\;}_{3}}C{H}_{2}OH]}$;
(3)试管Ⅱ中所盛试剂为饱和碳酸钠溶液,欲将其物质分离使用的仪器为分液漏斗,在充分振荡的过程中,发生的反应为2CH3COOH+Na2CO3═2CH3COONa+CO2↑+H2O;
(4)为证明浓硫酸在该反应中起到了催化剂和吸水剂的作用,某同学利用右图所示装置进行了以下四个实验,实验结束后充分振荡试管Ⅱ再测有机层的厚度,实验记录如下:
实验编号试管Ⅰ中的试剂测得有机层的厚度/cm
A2mL乙醇、2mL乙酸、1mL 18mol/L浓硫酸5.0
B3mL乙醇、2mL乙酸0.1
C3mL乙醇、2mL乙酸、6mL 3mol/L硫酸1.2
D3mL乙醇、2mL乙酸、盐酸1.2
①实验D的目的是与实验C相对照,证明H+对酯化反应具有催化作用.实验D中应加入盐酸的体积和浓度分别是6mL和6mol/L;
②分析实验A、C(填实验编号)的数据,可以推测出浓硫酸的吸水性提高了乙酸乙酯的产率.浓硫酸的吸水性能够提高乙酸乙酯产率的原因是浓硫酸可以吸收酯化反应中生成的水,降低了生成物浓度使平衡向生成乙酸乙酯的方向移动;
③加热有利于提高乙酸乙酯的产率,但实验发现温度过高乙酸乙酯的产率反而降低,可能的原因是大量乙酸、乙醇未经反应就脱离反应体系;温度过高发生其他反应;
(5)若利用该装置制备乙酸异戊酯,产物将主要在装置中的得到,那么产率会低(“较高”或“偏低”).
3.硫的化合物在工业上有广泛的应用,因此研究硫的化合物制备有着重要的意义.某同学拟采用下图装置(实验前已除尽装置内的空气)来制取焦亚硫酸钠(Na2S2O5).已知装置图1Ⅱ中有Na2S2O5晶体析出,发生的反应为Na2SO3+SO2═Na2S2O3
(1)装置I是用亚硫酸钠固体和浓硫酸制备二氧化硫气体,该装置中反应的化学方程式为Na2SO3+H2SO4=Na2SO4+SO2↑+H2O,如果想控制反应速度,图2中可选用的发生装置是ac(填写字母).

(2)装置Ⅱ中有Na2S2O5晶体析出,要获得已析出的晶体可采取的分离方法是过滤
(3)装置Ⅲ用于处理尾气,可选用的最佳试剂是b(填序号).
a、饱和食盐水 b、NaOH溶液 c、浓硫酸 d、饱和NaHCO3溶液
(4)Na2S2O5与稀硫酸反应放出SO2,其离子方程式为S2O52-+2H+=2SO2↑+H2O
(5)工业制备得到产品Na2S2O5中含有杂质碳酸钠,检验产品中含有碳酸钠杂质所需试剂是
①③⑥或①②③⑥(填编号)(已知Na2S2O5溶于水即生成NaHSO3)
①酸性高锰酸钾②品红溶液③澄清石灰水④饱和碳酸氢钠溶液⑤NaOH⑥稀硫酸
(6)葡萄酒常用Na2S2O5作抗氧化剂.测定某葡萄酒中抗氧化剂的残留量(以游离SO2计算)的方案如下
葡萄酒样品20.00mL$→_{蒸馏}^{盐酸}$馏分$→_{用0.0105mol/L的标准I_{2}溶液滴}^{一定条件,淀粉溶液}$溶液出现蓝色且30s内不褪色(已知:滴定时反映的化学方程式为SO2+I2+2H2O═H2SO4+2HI)
按上述方案实验,消耗标准I2溶液25.00mL,该次实验测得样品中坑氧化剂的残留量(以游离SO2计算)为0.84g•L-1.

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