Question

10．利用鈦白工業(yè)的副產(chǎn)品FeSO₄[含Al₂（SO₄）₃和少量重金屬離子]，可以生產(chǎn)電池級(jí)高純超微細(xì)草酸亞鐵．其工藝流程如圖1：

已知：①5Fe²⁺+MnO${\;}_{4}^{-}$+8H⁺═5Fe³⁺+Mn²⁺+4H₂O
     ②5C₂O₄^2-+2MnO${\;}_{4}^{-}$+16H⁺═10CO₂↑+2Mn²⁺+8H₂O
（1）沉淀過(guò)程的反應(yīng)溫度為40℃，溫度不宜過(guò)高的原因除了控制沉淀的粒徑外，還有NH₃•H₂O受熱易分解，揮發(fā)出NH₃，F(xiàn)e（OH）₂受熱也易分解．
（2）濾液Ⅱ經(jīng)處理可得到副產(chǎn)品（NH₄）₂SO₄．
（3）實(shí)驗(yàn)室測(cè)定高純超微細(xì)草酸亞鐵組成的步驟依次為：
步驟1：準(zhǔn)確稱量一定量草酸亞鐵樣品，加入25mL 2mol•L^-1的H₂SO₄溶解．
步驟2：用0.2000mol•L^-1標(biāo)準(zhǔn)KMnO₄溶液滴定，消耗其體積30.40mL．
步驟3：向滴定后的溶液中加入2g Zn粉和5mL 2mol•L^-1的H₂SO₄溶液，將Fe³⁺還原為Fe²⁺．
步驟4：過(guò)濾，濾液用上述標(biāo)準(zhǔn)KMnO₄溶液滴定，消耗溶液10.40mL．
則樣品中C₂O₄^2-的物質(zhì)的量為0.01mol．
（4）將一定量高錳酸鉀溶液與酸化的草酸亞鐵溶液混合，測(cè)得反應(yīng)液中Mn²⁺的濃度隨反應(yīng)時(shí)間t的變化如圖2，產(chǎn)生這種變化趨勢(shì)的原因可能為生成的Mn²⁺作催化劑，隨著Mn²⁺濃度增加，反應(yīng)速率越來(lái)越快．

Answer 1

分析 副產(chǎn)品FeSO₄（含Al（SO₄）₃和少量重金屬離子）中加入鐵粉，將少量重金屬離子等除去，得到比較純凈的FeSO₄溶液，向FeSO₄溶液中加入氨水，生成氫氧化亞鐵，氫氧化亞鐵和草酸反應(yīng)生成高純超微細(xì)草酸亞鐵沉淀；
（1）溫度不宜過(guò)高的原因除了控制沉淀的粒徑外，還有NH₃•H₂O受熱易分解，揮發(fā)出NH₃，F(xiàn)e（OH）₂受熱易分解；
（2）沉淀前的溶液中含有硫酸亞鐵，沉淀步驟中加入一水合氨，生成氫氧化亞鐵沉淀和硫酸銨；
（3）由題意知氧化C₂O₄^2-和Fe²⁺共消耗0.2000 mol•L^-1標(biāo)準(zhǔn)KMnO₄溶液體積30.40 mL，步驟3、4標(biāo)準(zhǔn)KMnO₄溶液只氧化Fe²⁺消耗KMnO₄溶液體積10.00mL，所以C₂O₄^2-消耗KMnO₄溶液體積為（30.40-10.00）=20.4mL，由5C₂O₄^2-+2MnO₄^-+16H⁺=10CO₂↑+2Mn²⁺+8H₂O得5C₂O₄^2-～2MnO₄^-，依據(jù)多步反應(yīng)找關(guān)系式計(jì)算；
（4）觀察圖象分析反應(yīng)速率變大的因素，隨著反應(yīng)對(duì)進(jìn)行，曲線的斜率越來(lái)越大，說(shuō)明單位時(shí)間內(nèi)Mn²⁺的濃度越來(lái)越大，所以反應(yīng)速率越來(lái)越快，反應(yīng)中溫度不變，隨著反應(yīng)的進(jìn)行，反應(yīng)物的濃度變小，而反應(yīng)速率加快，只能是生成的Mn²⁺作催化劑．

解答 解：（1）沉淀過(guò)程為一水合氨沉淀亞鐵離子的過(guò)程，生成氫氧化亞鐵，氫氧化亞鐵不穩(wěn)定，受熱會(huì)分解，另外一水合氨受熱也會(huì)分解，故反應(yīng)溫度不能太高，所以溫度不宜過(guò)高的原因除了控制沉淀的粒徑外，還有NH₃•H₂O受熱易分解，揮發(fā)出NH₃，F(xiàn)e（OH）₂受熱易分解；
故答案為：NH₃•H₂O受熱易分解，揮發(fā)出NH₃，F(xiàn)e（OH）₂受熱也易分解；
（2）沉淀前的溶液中含有硫酸亞鐵，沉淀步驟中加入一水合氨，生成氫氧化亞鐵沉淀和硫酸銨，所以副產(chǎn)品含有是（NH₄）₂SO₄；
故答案為：（NH₄）₂SO₄；
（3）由題意知氧化C₂O₄^2-和Fe²⁺共消耗0.2000 mol•L^-1標(biāo)準(zhǔn)KMnO₄溶液體積30.40 mL，步驟3、4標(biāo)準(zhǔn)KMnO₄溶液只氧化Fe²⁺消耗KMnO₄溶液體積10.40mL，所以C₂O₄^2-消耗KMnO₄溶液體積為（30.40-10.40）=20mL，由5C₂O₄^2-+2MnO₄^-+16H⁺=10CO₂↑+2Mn²⁺+8H₂O得5C₂O₄^2-～2MnO₄^-，所以n（C₂O₄^2-）=$\frac{5}{2}$n（MnO₄^-）=20ml×10^-3×0.2000mol•L^-1×$\frac{5}{2}$=0.01mol；
故答案為：0.01mol；
（4）從圖象上觀察，隨著反應(yīng)對(duì)進(jìn)行，曲線的斜率越來(lái)越大，說(shuō)明單位時(shí)間內(nèi)Mn²⁺的濃度越來(lái)越大，所以反應(yīng)速率越來(lái)越快，反應(yīng)中溫度不變，隨著反應(yīng)的進(jìn)行，反應(yīng)物的濃度變小，而反應(yīng)速率加快，只能是生成的Mn²⁺作催化劑，隨著Mn²⁺濃度增加，反應(yīng)速率越來(lái)越快；
故答案為：生成的Mn²⁺作催化劑，隨著Mn²⁺濃度增加，反應(yīng)速率越來(lái)越快．

點(diǎn)評(píng) 本題主要考查物質(zhì)的分離、提純、制備以及反應(yīng)速率等，為高考常見(jiàn)題型，綜合性比較強(qiáng)，考查學(xué)生收集、整合、分析問(wèn)題的能力，題目難度中等．