Question

14．用菱錳礦（主要含MnCO₃、FeCO₃、Al₂O₃、SiO₂）制備MnSO₄•H₂O的工藝流程如下：
Ⅰ．向菱錳礦中加入過(guò)量稀H₂SO₄，過(guò)濾；
Ⅱ．向?yàn)V液中加入過(guò)量MnO₂，過(guò)濾；
Ⅲ．調(diào)節(jié)濾液pH=a，過(guò)濾；
Ⅳ．濃縮、結(jié)晶、分離、干燥得到產(chǎn)品；
Ⅴ．檢驗(yàn)產(chǎn)品純度．
（1）步驟Ⅰ中，濾渣的主要成分是SiO₂．
（2）將MnO₂氧化Fe²⁺的離子方程式補(bǔ)充完整：
1MnO₂+2Fe²⁺+4H⁺=1  Mn²⁺+2Fe³⁺+2H₂O
（3）與選用Cl₂作為氧化劑相比，MnO₂的優(yōu)勢(shì)主要在于：原料來(lái)源廣、成本低、可避免環(huán)境污染、不會(huì)引入Cl^-，使制得的MnSO₄?H₂O產(chǎn)品更純凈．
（4）已知：
生成氫氧化物沉淀的pH

	Al（OH）3	Fe（OH）2	Fe（OH）3	Mn（OH）2
開(kāi)始沉淀時(shí)	3.4	6.3	1.5	7.6
完全沉淀時(shí)	4.7	8.3	2.8	10.2

注：金屬離子的起始濃度為0.1mol/L
步驟Ⅲ中a的取值范圍是4.7≤a＜7.6．
（5）步驟Ⅴ，通過(guò)測(cè)定產(chǎn)品中錳元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)來(lái)判斷產(chǎn)品純度．
已知一定條件下，MnO₄^-與Mn²⁺反應(yīng)生成MnO₂．取x g產(chǎn)品配成溶液，用0.1mol/L KMnO₄溶液滴定，消耗KMnO₄溶液y mL，產(chǎn)品中錳元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為$\frac{1.5y×1{0}^{-4}×55}{x}$．

Answer 1

分析 菱錳礦（主要含MnCO₃、FeCO₃、Al₂O₃、SiO₂），加入過(guò)量稀H₂SO₄，生成硫酸錳、硫酸亞鐵、硫酸鋁溶液，二氧化硅不溶解，過(guò)濾除去二氧化硅；向?yàn)V液中加入過(guò)量MnO₂，將亞鐵離子氧化為鐵離子，本身被還原為二價(jià)錳離子，調(diào)節(jié)濾液pH，使三價(jià)鐵離子和鋁離子沉淀，過(guò)濾除去氫氧化鐵和氫氧化鋁固體，對(duì)硫酸錳溶液進(jìn)行濃縮、冷切結(jié)晶、過(guò)濾、洗滌干燥得到產(chǎn)品，
（1）二氧化硅不溶于稀硫酸；
（2）根據(jù)化合價(jià)升降守恒、電荷守恒、原子守恒配平反應(yīng)；
（3）注意最后不能引入雜質(zhì)離子，氯氣會(huì)引入氯離子；
（4）調(diào)節(jié)濾液pH，使三價(jià)鐵離子和鋁離子沉淀，而錳離子不能沉淀，根據(jù)表格回答；
（5）根據(jù)方程式3Mn²⁺+2MnO₄^-+2H₂O=5MnO₂+4H⁺進(jìn)行計(jì)算．

解答 解：菱錳礦（主要含MnCO₃、FeCO₃、Al₂O₃、SiO₂），加入過(guò)量稀H₂SO₄，生成硫酸錳、硫酸亞鐵、硫酸鋁溶液，二氧化硅不溶解，；向?yàn)V液中加入過(guò)量MnO₂，將亞鐵離子氧化為鐵離子，本身被還原為二價(jià)錳離子，調(diào)節(jié)濾液pH，使三價(jià)鐵離子和鋁離子沉淀，過(guò)濾除去氫氧化鐵和氫氧化鋁固體，對(duì)硫酸錳溶液進(jìn)行濃縮、冷切結(jié)晶、過(guò)濾、洗滌干燥得到產(chǎn)品，
（1）菱錳礦（主要含MnCO₃、FeCO₃、Al₂O₃、SiO₂），加入過(guò)量稀H₂SO₄，生成硫酸錳、硫酸亞鐵、硫酸鋁溶液，二氧化硅不溶解，濾渣的主要成分是二氧化硅，
故答案為：二氧化硅；
（2）錳元素化合價(jià)由+4價(jià)降低到+2價(jià)，鐵元素由+2價(jià)升高到+3價(jià)，根據(jù)化合價(jià)升降守恒、電荷守恒、原子守恒，配平反應(yīng)為MnO₂+2Fe²⁺+4H⁺=Mn²⁺+2Fe³⁺+2H₂O，
故答案為：MnO₂+2Fe²⁺+4H⁺=Mn²⁺+2Fe³⁺+2H₂O；
（3）選用Cl₂作為氧化劑會(huì)最后的溶液中引入氯離子，使制得的產(chǎn)品不純，而MnO₂不會(huì)引入Cl^-，使制得的MnSO₄?H₂O產(chǎn)品更純凈，
故答案為：不會(huì)引入Cl^-，使制得的MnSO₄?H₂O產(chǎn)品更純凈；
（4）調(diào)節(jié)濾液pH，使三價(jià)鐵離子和鋁離子沉淀，根據(jù)表格可知二價(jià)錳離子開(kāi)始沉淀的pH=7.6，鋁離子開(kāi)始沉淀的pH=4.7，故4.7≤a＜7.6，
故答案為：4.7≤a＜7.6；
（5）設(shè)含有硫酸錳的物質(zhì)的量為z，根據(jù)方程式
  3Mn²⁺+2MnO₄^-+2H₂O=5MnO₂+4H⁺
  3mol  2mol
  z     0.1y×10^-3mol
z=0.15y×10^-3mol，
錳元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)=$\frac{1.5y×1{0}^{-4}×55}{x}$，
故答案為：$\frac{1.5y×1{0}^{-4}×55}{x}$．

點(diǎn)評(píng) 本題考查實(shí)驗(yàn)制備方案，側(cè)重考查學(xué)生對(duì)原理及操作的分析評(píng)價(jià)、對(duì)數(shù)據(jù)的分析運(yùn)用、物質(zhì)的分離提純等，需要學(xué)生具備知識(shí)的基礎(chǔ)，難度中等．