Question

【题目】以SO2、软锰矿(主要成分MnO2，少量Fe、Al、Ca及Pb的化合物等)、氨水及净化剂等为原料可制备MnSO4溶液和Mn3O4，主要实验步骤如下：

步骤Ⅰ：如图所示装置，将SO2通入B中的软锰矿浆液中(MnO2+SO2 = MnSO4)。

步骤Ⅱ：充分反应后，在不断搅拌下依次向三口烧瓶中加入适量纯净的MnO2、MnCO3，最后加入适量Na2S沉铅等重金属。

步骤Ⅲ：过滤得MnSO4溶液。

(1)装置A用于制取SO2，反应的化学方程式为_____。

(2)装置B中反应应控制在90～100℃，适宜的加热方式是_____。

(3)装置C的作用是_____。

(4)“步骤Ⅱ”中加入纯净MnO2的目的是_____，用MnCO3调节溶液pH时，需调节溶液pH范围为_____(该实验条件下，部分金属离子开始沉淀和沉淀完全的pH如下)。

金属离子	Fe2＋	Fe3＋	Al3+	Mn2+
开始沉淀pH	7.04	1.87	3.32	7.56
沉淀完全pH	9.18	3.27	4.9	10.2

(5)已知：①用空气氧化Mn(OH)2浊液可制备Mn3O4[6Mn(OH)2+O22Mn3O4+6H2O]，主要副产物为MnOOH；反应温度和溶液pH对产品中Mn的质量分数的影响如下图所示：

②反应温度超过80℃时，Mn3O4产率开始降低。

③Mn(OH)2是白色沉淀，Mn3O4呈黑色；Mn3O4、MnOOH中锰的质量分数理论值依次为72.03%、62.5%。

请补充完整由步骤Ⅲ得到的MnSO4溶液，并用氨水等制备较纯净的Mn3O4的实验方案：_____，真空干燥6小时得产品Mn3O4。

Answer 1

【答案】Na2SO3 + H2SO4 = Na2SO4+SO2↑+H2O 用90～100℃的水浴加热 吸收未反应的SO2 将Fe2+氧化为Fe3+ 4.9＜pH＜7.56 将滤液加热并保温在60～80℃，用氨水调节溶液pH并维持8～9，在不断搅拌下，边通空气边滴加氨水，至有大量黑色沉淀时，静置，在上层清液再滴加氨水至无沉淀，过滤，用去离子水洗涤沉淀直至过滤液中检不出SO42-

【解析】

（1）装置A制取SO2，发生的化学方程式为Na2SO3＋H2SO4=Na2SO4＋SO2↑＋H2O；

（2）温度维持在90～100℃，适宜的加热方式为90～100℃的水浴加热；

（3）SO2有毒，污染空气，因此装置C的作用是吸收未反应的SO2；

（4）根据软锰矿中含有成分，以及表格中数据，MnO2作氧化剂，将Fe2＋氧化成Fe3＋，便于除去；加入MnCO3调节溶液的pH，使Fe3＋、Al3＋以氢氧化物的形式沉淀出来，但Mn2＋不能沉淀出来，即调节的pH的范围是4.9≤pH<7.56；

（5）根据信息温度超过80℃，Mn3O4的产率开始降低，根据信息③，Mn3O4中Mn质量分数理论值为72.03℃，因此温度控制在60℃～80℃之间，根据pH与产物中Mn质量分数之间的关系，pH应控制在8～9之间，因此具体操作是将滤液加热并保温在60～80℃，用氨水调节溶液pH并维持8～9，在不断搅拌下，边通空气边滴加氨水，至有大量黑色沉淀时，静置，在上层清液再滴加氨水至无沉淀，过滤，用去离子水洗涤沉淀直至过滤液中检不出SO42－；