Question

4．用含SO₂的硫酸工業(yè)尾氣聯(lián)合制備（NH₄）₂SO₄和Mn_xO_y，其工藝流和如圖1：

（1）反應I的化學方程式為2SO₂+2CaCO₃+O₂=2CaSO₄+2CO₂；反應II控制溫度60℃～70℃之間的原因是溫度過高NH₄HCO₃會分解，溫度過低反應會較慢．反應I到反應II的過程中可循環(huán)利用的物質是CaCO₃．
（2）反應III中以SO₂作還原劑．
（3）MnCO₃的作用是除去濾液中的Fe³⁺，寫出除去Fe³⁺的離子反應方程式3MnCO₃+2Fe³⁺+3H₂O=3Mn²⁺+2Fe（OH）₃↓+3CO₂↑．
（4）MnS的作用是提供S^2-除去Ni²⁺和Cu²⁺；當Ni²⁺恰好完全沉淀時[c（Ni²⁺）=1.0×10^-5 mol•L ^-1〕，溶被中Cu²⁺的濃度是6.0×10^-26 mol•L ^-1（已知K_sp（CuS）=8.4×10^-45，K_sp（NiS）=1.4×10^-24，）．
（5）從MnSO₄溶液中獲得MnSO₄•nH₂O的方法是重結晶．
（6）“鍛燒”時溫度與剩余固體質量變化曲線如圖2：

該曲線中B點所表示的固體氧化物的化學式為Mn₃O₄．

Answer 1

分析 硫酸工業(yè)的尾氣中含有二氧化硫，反應Ⅰ是用碳酸鈣、二氧化硫反應生成亞硫酸鈣，再被空氣中的氧氣氧化成硫酸鈣，反應Ⅱ為硫酸鈣中加入碳酸氫銨和氨水，生成碳酸鈣沉淀和硫酸銨，反應Ⅲ為二氧化錳氧化二氧化硫得硫酸錳，過濾得到濾液中的MnSO₄中含F(xiàn)e³⁺、Ni²⁺、Cu²⁺，加入MnCO3調節(jié)溶液PH沉淀鐵離子，加入MnS除去Ni²⁺和Cu²⁺，過濾得到硫酸錳溶液，經結晶得硫酸錳晶體，再經加熱可得Mn₃O₄，
（1）反應I是二氧化硫和碳酸鈣、氧氣反應生成硫酸鈣和二氧化碳；反應Ⅱ硫酸鈣中加入碳酸氫銨和氨水，生成碳酸鈣沉淀和硫酸銨，根據(jù)電守恒和元素守恒書寫離子方程式，該反應在溫度太高，銨鹽會分解，溫度太低，反應速率太慢；
（2）二氧化硫具有還原性，二氧化錳具有氧化性，二者發(fā)生氧化還原反應；
（3）MnCO₃的作用是除去濾液中的Fe³⁺，生成氫氧化鐵沉淀；
（4）MnS的作用是提供S^2-除去Ni²⁺和Cu²⁺；當Ni²⁺恰好完全沉淀時[c（Ni²⁺）=1.0×10^-5 mol•L ^-1〕，結合溶度積常數(shù)計算；
（5）從MnSO₄溶液中獲得MnSO₄•nH₂O的方法是蒸發(fā)濃縮、冷卻結晶、過濾洗滌，重復操作得當較純凈的晶體；
（6）“鍛燒”時溫度與剩余固體質量變化曲線如圖2中一般先失去結晶水（可能分步），101.4gMnSO₄•H₂O中結晶水的質量為101.4g×$\frac{18}{55+96+18}$=10.8g，可知A為硫酸錳，升高溫度鹽分解得到金屬氧化物，由流程圖可知硫酸錳晶體鍛燒得到四氧化三錳，101.4gMnSO₄•H₂O分解可以得到四氧化三錳的質量為$\frac{101.4g}{169g/mol}$×$\frac{1}{3}$×229g/mol=45.8g，故B為Mn₃O₄．

解答 解：（1）反應I是二氧化硫和碳酸鈣、氧氣反應生成硫酸鈣和二氧化碳，反應的化學方程式為：2SO₂+2CaCO₃+O₂=2CaSO₄+2CO₂，反應Ⅱ硫酸鈣中加入碳酸銨和氨水，生成碳酸鈣沉淀和硫酸銨，反應的離子方程式為CaSO₄+NH₃+HCO₃^-=CaCO₃+NH₄⁺+SO₄^2-，該反應在溫度太高，銨鹽會分解，溫度太低，反應速率太慢，所以反應需控制在60℃-70℃之間，其原因是加快反應速率同時防止銨鹽分解，流程中分析可知參與反應過程，最后又生成的物質為碳酸鈣，可以循環(huán)利用，
故答案為：2SO₂+2CaCO₃+O₂=2CaSO₄+2CO₂；溫度過高NH₄HCO₃會分解，溫度過低反應會較慢；CaCO₃；
（2）反應Ⅳ為二氧化錳氧化二氧化硫得硫酸錳，反應化學方程式為MnO₂+SO₂=MnSO₄，二氧化硫做還原劑，
故答案為：還原；
（3）MnCO₃的作用是除去濾液中的Fe³⁺，反應的離子方程式為：3MnCO₃+2Fe³⁺+3H₂O=3Mn²⁺+2Fe（OH）₃↓+3CO₂↑，
故答案為：3MnCO₃+2Fe³⁺+3H₂O=3Mn²⁺+2Fe（OH）₃↓+3CO₂↑；
（4）MnS的作用是提供S^2-除去Ni²⁺和Cu²⁺；當Ni²⁺恰好完全沉淀時[c（Ni²⁺）=1.0×10^-5 mol•L ^-1〕，已知K_sp（CuS）=8.4×10^-45，K_sp（NiS）=1.4×10^-24，），
K_sp（NiS）=c（Ni²⁺）c（S^2-）=1.4×10^-24，c（S^2-）=$\frac{1.4×1{0}^{-24}}{1.0×1{0}^{-5}}$=1.4×10^-19mol/L，K_sp（CuS）=c（Cu²⁺）c（S^2-）=8.4×10^-45，c（Cu²⁺）=$\frac{8.4×1{0}^{-45}}{1.4×1{0}^{-19}}$=6.0×10^-26，
故答案為：6.0×10^-26；
（5）從MnSO₄溶液中獲得MnSO₄•nH₂O的方法是蒸發(fā)濃縮、冷卻結晶、過濾洗滌，重復操作得當較純凈的晶體，從MnSO₄溶液中獲得MnSO₄•nH₂O的方法是重結晶，
故答案為：重結晶；
（6）“鍛燒”時溫度與剩余固體質量變化曲線如圖2中一般先失去結晶水（可能分步），101.4gMnSO₄•H₂O中結晶水的質量為101.4g×$\frac{18}{55+96+18}$=10.8g，可知A為硫酸錳，升高溫度鹽分解得到金屬氧化物，由流程圖可知硫酸錳晶體鍛燒得到四氧化三錳，101.4gMnSO₄•H₂O分解可以得到四氧化三錳的質量為$\frac{101.4g}{169g/mol}$×$\frac{1}{3}$×229g/mol=45.8g，故B為Mn₃O₄ ，
故答案為：Mn₃O₄．

點評 本題考查物質制備工藝流程、離子檢驗、陌生方程式書寫、物質的分離提純、化學反應圖象等，掌握基礎是解題關鍵，題目難度中等．