Question

【题目】以SO2、软锰矿(主要成分为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仪器R中加入适量纯净的MnO2、MnCO3，最后加入适量Na2S沉铅，

步骤III、过滤得MnSO4溶液

(1)仪器R的名称是_______。

(2)装置A用于制取SO2，反应的化学方程式为_________。

(3)装置B中的反应应控制在90~100℃，适宜的加热方式是______________。

(4)装置C的作用是______________________。

(5)“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的范围为________(该实验条件下，部分金属离子开始沉淀和沉淀完全的pH如下表)

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

(6)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的质量分数的影响分别如图所示

②反应温度超过80℃时，Mn3O4的产率开始降低，Mn(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72.05％、62.5%请补充完整由步骤III得到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】三颈烧瓶 Na2SO3+H2SO4=Na2SO4+SO2↑+H2O 用90－100℃的水浴加热 吸收未反应的SO2，防止污染环境 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，直至有大量黑色沉淀，静置，在上层清液中再滴加氨水至无沉淀。过滤，洗涤沉淀直至过滤液中检测不出

【解析】

根据题意：装置A由亚硫酸钠和浓硫酸制备二氧化硫，将SO2通入B中控制温度90～100℃与软锰矿浆液中发生主要反应MnO2+SO2=MnSO4，Fe、Al、Ca及Pb的化合物得到含Fe2+、Al3+、Pb2+的溶液和CaSO4沉淀，装置C吸收多余的SO2，充分反应后，在不断搅拌下依次向三颈烧瓶中加入适量纯净的MnO2将Fe2+氧化为Fe3+，加入MnCO3溶液调节pH沉淀Fe3+、Al3+，最后加入适量Na2S沉铅，过滤得MnSO4溶液，将滤液加热并保温在一定温度，用氨水调节溶液pH，在不断搅拌下，边通空气边滴加氨水，反应生成Mn3O4，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，洗涤干燥得到Mn3O4，据此分析作答。

(1)根据R的结构特点可知其为三颈烧瓶；

(2)本实验中利用70%的浓硫酸和Na2SO3反应制取二氧化硫，化学方程式为Na2SO3+H2SO4=Na2SO4+SO2↑+H2O；

(3)反应温度不超过100℃，所以适宜的加热方式为用90－100℃的水浴加热；

(4)装置C中盛有NaOH溶液，可吸收未反应的SO2，防止污染环境；

(5)加入纯净的MnO2可以将Fe2+氧化成Fe3+，便于除去，且不引入新的杂质；根据表格数据可知需要调节pH的范围为4.9≤pH≤7.56，从而保证除去Fe3+、Al3+，且不除去Mn2+；

(6)②根据题目信息可知用空气氧化Mn(OH)2浊液可制备Mn3O4，提供的药品有氨水，所以需要滴加氨水制备Mn(OH)2浊液，同时通入氧气；据图可知当反应温度为60－80℃时，产物中Mn的质量分数与72.03%最为接近，即此时Mn3O4产率最高，而反应温度超过80℃时，Mn3O4产率开始降低，所以温度要控制在60－80℃；同理pH值应控制在8-9；制取的Mn3O4固体表面会有杂质附着，需要洗涤，所以从硫酸锰溶液制备较纯净的Mn3O4的实验方案为：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，直至有大量黑色沉淀，静置，在上层清液中再滴加氨水至无沉淀。过滤，洗涤沉淀直至过滤液中检测不出，真空干燥6小时得产品Mn3O4。