题目内容

15．高纯碳酸锰在电子工业中有重要的应用，湿法浸出软锰矿（主要成分为MnO2，含少量Fe、Al、Mg等杂质元素）制备高纯碳酸锰的实验过程如下：

（1）浸出：植物粉的作用是作还原剂，浸出时温度控制在90℃～95℃之间，并且要连续搅拌3小时的目的是提高软锰矿中锰的浸出率，
（2）除杂：①向浸出液中加入一定量的碳酸锰矿，调节浸出液的pH为3.5～5.5；
②再加入一定量的软锰矿和双氧水，过滤；   ③…
操作①中使用碳酸锰调pH的优势是增加MnCO3的产量（或不引入新的杂质等）；
操作②中加入双氧水不仅能将Fe2+氧化为Fe3+，而且能提高软锰矿的浸出率．写出双氧水提高软锰矿浸出率的离子方程式MnO2+H2O2+2H+=Mn2++2H2O+O2↑．
（3）制备：在30℃～35℃下，将碳酸氢铵溶液滴加到硫酸锰净化液中，控制反应液的最终pH在6.5～7.0，得到MnCO3沉淀．温度控制35℃以下的原因是减少碳酸氢铵的分解，提高原料利用率；该反应的化学方程式为MnSO4+2NH4HCO$\frac{\underline{\;30-35℃\;}}{\;}$3MnCO3+（NH4）2SO4+CO2↑+H2O；
生成的MnCO3沉淀需经充分洗涤，检验洗涤是否完全的方法是取最后一次的洗涤滤液1～2mL于试管中，向其中滴加用盐酸酸化的BaCl2溶液，若无白色沉淀产生，则表明已洗涤干净．
（4）室温Ksp（MnCO3）=1.8×10-11，Ksp（MgCO3）=2.6×10-5，若离子浓度小于1.0×10-5mol•L-1时，表示该离子沉淀完全．净化液中的c（Mg2+）=x mol/L，若不产生MgCO3沉淀，则x的取值范围是x≤14.4．（保留三位有效数字）

分析 湿法浸出软锰矿（主要成分为MnO2，含少量Fe、Al、Mg等杂质元素）制备高纯碳酸锰，加入浓硫酸和植物粉浸出过滤得到滤液除去杂质，加入碳酸氢铵形成沉淀通过一系列操作得到高纯碳酸锰；
（1）升温搅拌都可以加快物质的溶解反应速率；加入植物粉是一种还原剂；
（2）使用碳酸锰调pH的优势是不引入新的杂质；二氧化锰氧化过氧化氢为氧气，本身被还原为锰离子；
（3）依据碳酸氢铵受热易分解分析，在30℃～35℃下，将碳酸氢铵溶液滴加到硫酸锰净化液中，控制反应液的最终pH在6.5～7.0，得到MnCO3沉淀，硫酸铵，二氧化碳和水，生成的MnCO3沉淀需经充分洗涤，检验洗涤是否完全的方法是取最后一次洗涤液检验是否含有硫酸根离子设计；
（4）Ksp （MnCO3）=c（Mn2+）•c（CO32-），当Mn2+沉淀完全时，c（CO32-）=1.8×10-11/1.0×10-5=1.8×10-6 mol•L-1，若Mg2+也能形成沉淀，则要求Mg2+＞2.6×10-5/1.8×10-6=14.4 mol•L-1，Mg2+的浓度0.01mol/L远小于14.4 mol•L-1．

解答 解：（1）升温、搅拌都可以加快物质的溶解反应速率，浸出时温度控制在90℃～95℃之间，并且要连续搅拌3小时的目的是提高软锰矿中锰的浸出率；加入植物粉是一种还原剂，
故答案为：作还原剂；提高软锰矿中锰的浸出率；
（2）使用碳酸锰调pH的优势是不引入新的杂质；酸性溶液中二氧化锰氧化过氧化氢为氧气，本身被还原为锰离子，反应的离子方程式为：MnO2+H2O2+2H+=Mn2++2H2O+O2↑，
故答案为：增加MnCO3的产量（或不引入新的杂质等）； MnO2+H2O2+2H+=Mn2++2H2O+O2↑；
（3）依据碳酸氢铵受热易分解分析，温度控制35℃以下的原因是防止碳酸氢铵分解，在30℃～35℃下，将碳酸氢铵溶液滴加到硫酸锰净化液中，控制反应液的最终pH在6.5～7.0，得到MnCO3沉淀，硫酸铵，二氧化碳和水，反应的化学方程式为：MnSO4+2NH4HCO3 $\frac{\underline{\;30-35℃\;}}{\;}$MnCO3+（NH4）2SO4+CO2↑+H2O，生成的MnCO3沉淀需经充分洗涤，检验洗涤是否完全的方法是取最后一次洗涤液检验是否含有硫酸根离子设计，取最后一次的洗涤滤液1～2 mL 于试管中，向其中滴加用盐酸酸化的BaCl2溶液，若无白色沉淀产生，则表明已洗涤干净．
故答案为：减少碳酸氢铵的分解，提高原料利用率；MnSO4+2NH4HCO$\frac{\underline{\;30-35℃\;}}{\;}$3 MnCO3+（NH4）2SO4+CO2↑+H2O；取最后一次的洗涤滤液1～2 mL 于试管中，向其中滴加用盐酸酸化的BaCl2溶液，若无白色沉淀产生，则表明已洗涤干净；
（4）Ksp （MnCO3）=c（Mn2+）•c（CO32-），当Mn2+沉淀完全时，c（CO32-）=$\frac{1.8×1{0}^{-11}}{1.0}$×10-5=1.8×10-6 mol•L-1，若Mg2+也能形成沉淀，则要求Mg2+＞2.6×10-5/1.8×10-6=14.4 mol•L-1，Mg2+的浓度0.01mol/L远小于14.4 mol•L-1，
故答案为：x≤14.4．

点评 本题考查混合物分离提纯的综合应用，为高频考点，把握流程分析及混合物分离方法、发生的反应为解答的关键，侧重分析与实验能力的考查，题目难度中等．

练习册系列答案
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13．设NA为阿伏加德罗常数的值，下列叙述中正确的是（　　）
A．1mol丙烷分子中，含有的非极性共价键数目为NA
B．标准状况下，1.8gH2O分子中所含有的电子数为NA
C．25℃时，pH=13的 Ba（OH）2溶液中含有的OH-数目为0.1 NA
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请回答下列问题：
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3．铈是一种重要的稀土金属元素，纳米CeO2可作抛光材料、催化剂载体（助剂）、汽车尾气吸收剂等，制备纳米CeO2的工艺流程如下（高铈中Ce显+4价）：

回答下列问题：
（1）酸浸过程中，为了加快酸浸速率．可以采取的措施有将铈矿石粉碎或加热提高反应温度或适当增大硫酸的浓度等（写一条即可）．
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（4）氧化过程中，氧化剂与还原剂的物质的量之比为1：4
（5）检验制备的CeO2是否为纳米级的方法是将产品分散至水中，用一束强光照射，若产生丁达尔效应，则制备的CeO2为纳米级．
（6）高铈离子被还原的速率与温度的关系如图所示．图象中，温度高于T0时，高铈离子被还原的速率逐渐减小的原因是温度越高，双氧水的分解速率越快，使得溶液中双氧水的浓度减小，反应速率减慢．

（7）测定Ce（OH）4样品纯度：取mg样品用适量稀硫酸溶解后，加蒸馏水稀释至250mL．准确量取出20.00mL溶液于锥形瓶中，滴加几滴指示剂，用c mol/L的（NH4）2Fe（SO4）2标准溶液滴定至终点并记录消耗标准溶液的体积，将上述步骤重复3次，记录消耗标准溶液的平均体积为VmL．产品的纯度为$\frac{2.6cV}{m}$×100%．
10．利用钛白工业的副产品FeSO4[含Al2（SO4）3和少量重金属离子]，可以生产电池级高纯超微细草酸亚铁．其工艺流程如图1：

已知：①5Fe2++MnO${\;}_{4}^{-}$+8H+═5Fe3++Mn2++4H2O
     ②5C2O42-+2MnO${\;}_{4}^{-}$+16H+═10CO2↑+2Mn2++8H2O
（1）沉淀过程的反应温度为40℃，温度不宜过高的原因除了控制沉淀的粒径外，还有NH3•H2O受热易分解，挥发出NH3，Fe（OH）2受热也易分解．
（2）滤液Ⅱ经处理可得到副产品（NH4）2SO4．
（3）实验室测定高纯超微细草酸亚铁组成的步骤依次为：
步骤1：准确称量一定量草酸亚铁样品，加入25mL 2mol•L-1的H2SO4溶解．
步骤2：用0.2000mol•L-1标准KMnO4溶液滴定，消耗其体积30.40mL．
步骤3：向滴定后的溶液中加入2g Zn粉和5mL 2mol•L-1的H2SO4溶液，将Fe3+还原为Fe2+．
步骤4：过滤，滤液用上述标准KMnO4溶液滴定，消耗溶液10.40mL．
则样品中C2O42-的物质的量为0.01mol．
（4）将一定量高锰酸钾溶液与酸化的草酸亚铁溶液混合，测得反应液中Mn2+的浓度随反应时间t的变化如图2，产生这种变化趋势的原因可能为生成的Mn2+作催化剂，随着Mn2+浓度增加，反应速率越来越快．
20．ClO2是一种广谱、高效的杀菌消毒剂，具有强氧化性，熔点为-59℃，沸点为11.0℃，不稳定，易溶于水．某研究小组在60℃时用硫铁矿还原氯酸钠制取并收集二氧化氯．

（1）三颈烧瓶中加入NaClO3溶液、浓H2SO4，通入空气，温度为60℃时，通过固体加料器缓慢匀速加入硫铁矿粉末．反应开始时烧瓶内发生反应的离子方程式如下，请配平：
15 ClO3-+1 FeS2+14 H+=15 ClO2+1 Fe3++2 SO42-+7 H2O
（2）凝集装置B必须添加温度控制装置，应该是冰水浴装置．
（3）装置D的作用是检验ClO2是否吸收完全．
（4）反应后在装置C中可得NaClO2溶液．已知NaClO2饱和溶液在温度低于38℃时析出晶体是NaClO2•3H2O，在温度高于38℃时析出晶体是NaClO2．请补充从NaClO2溶液中制得NaClO2晶体的操作步骤：
①蒸发结晶；②趁热过滤；③洗涤；④干燥．
（5）用水吸收ClO2可得到ClO2溶液．为测定所得溶液中ClO2的含量，进行了下列实验．：
步骤1：准确量取ClO2溶液10mL，稀释成100mL试样，量取V1 mL试样加入到锥形瓶中．
步骤2：调节试样的pH≤2.0，加入足量的KI晶体，静置片刻．
步骤3：加入淀粉指示剂，用c mol/L Na2S2O3溶液滴定至终点，消耗Na2S2O3溶液V2mL．
（已知2Na2S2O3+I2=Na2S4O6+2NaI）
①写出步骤2中发生反应的离子方程式2ClO2+10I-+8H+=2Cl-+5I2+4H2O．
②原ClO2溶液的浓度为$\frac{135CV{\;}_{2}}{V{\;}_{1}}$g/L（用含字母的代数式表示）．
7．焦亚硫酸钠（Na2S2O5）和硫代硫酸钠（Na2S2O3）在工业上有广泛的应用，例如焦亚硫酸钠是常用的食品抗氧化剂之一．实验室可用如图1夹持仪器）模拟其生成过程．

Ⅰ．选用②③④装置来制备焦亚硫酸钠．
（1）仪器A的名称是圆底烧瓶．
（2）写出装置③中发生反应的化学方程式：Na2SO3+SO2=Na2S2O5．
（3）装置④的作用是：吸收多余的二氧化硫同时防止倒吸．
Ⅱ．硫代硫酸钠（Na2S2O3）可用作分析试剂及鞣革的还原剂，其实验室的制备原理为2Na2S+Na2CO3+4SO2═3Na2S2O3+CO2
（4）依据硫代疏酸钠的制备原理，从上述仪器中择合适的实验仪器，根据气流由左至右的顺序是②①④．（填序号）
（5）写出装置②中反应的离子方程式：SO32-+2H+=SO2↑+H2O．
（6）实验室用Na2S2O3标准液测量废水中Ba2+的浓度，过程如下

已知：2S2O32-+I2═S4O62-+2I-
①滴定过程中选择的指示剂是：淀粉溶液．
②若滴定前尖嘴没有气泡，滴定终点有气泡，则测得结果：偏低． （填“偏高”“偏低”或“不变”）．若标准液Na2S2O3的浓度为0.1000moL•L-1，滴定前后该溶液的读数如图2则废水中Ba2+的物质的量浓度为：0.0364mol/L．
4．下列有关物质的性质或应用正确的是（　　）
A．单质硅用于制造芯片和光导纤维
B．84消毒液的有效成分是NaClO
C．SO2具有漂白性，通入紫色石蕊溶液中能使溶液先变红后褪色
D．普通玻璃的组成可用Na2O•CaO•6SiO2表示，是纯净物
5．如图为农夫山泉矿泉水瓶上的部分说明文字，列出了饮用天然水理化指标，这里的钙、钾、钠是指（　　）
A．原子B．分子C．单质D．元素

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