Question

11．三氧化二錳（Mn₂O₃）在現(xiàn)代工業(yè)上應(yīng)用廣泛．以軟錳礦（主要成分為MnO₂）和硫錳礦（主要成分為MnS）為原料制備高純度硫酸錳進(jìn)而制備三氧化二錳的工藝流程如下（兩種礦物中均不存在單質(zhì)雜質(zhì)）：

（1）濾渣1中存在一種非金屬單質(zhì)，則“酸浸”時(shí)反應(yīng)①的離子反應(yīng)方程式為MnO₂+4H⁺+MnS═S+2Mn²⁺+2H₂O．
（2）操作X為蒸發(fā)濃縮、過濾、洗滌干燥．在洗滌操作中，常用酒精洗滌MnSO₄•H₂O晶體，主要目的是冷卻結(jié)晶，減少M(fèi)nSO₄•H₂O晶體的溶解，乙醇易揮發(fā)便于除雜．
（3）氣體Y直接排放會(huì)污染空氣，將Y的水溶液與軟錳礦反應(yīng)可得硫酸錳，反應(yīng)②的化學(xué)方程式為MnO₂+SO₂═MnSO₄．
（4）用0.2000mol/L的標(biāo)準(zhǔn)BaCl₂溶液測定流程圖中MnSO₄•H₂O晶體樣品的純度（雜質(zhì)不與BaCl₂反應(yīng)），取樣品ag，若消耗標(biāo)準(zhǔn)溶液50.00ml，則樣品中MnSO₄•H₂O的純度為$\frac{169}{a}%$．
（5）己知Mn₂O₃在空氣中加熱到940℃以上時(shí)，會(huì)分解生成氧氣和另一種錳的氧化物，若47.4g Mn₂O₃按上述反應(yīng)分解生成1.6g氧氣，則另一種錳的氧化物的化學(xué)式為Mn₃O₄（或MnO₂•2MnO）．

Answer 1

分析 軟錳礦和硫錳礦在稀硫酸中酸浸，發(fā)生反應(yīng)①，得到濾渣，含有S，過濾得到濾液中含硫酸錳和稀硫酸，經(jīng)過操作X得到硫酸錳晶體，可知操作X使硫酸錳溶液冷卻結(jié)晶出了硫酸錳晶體，晶體經(jīng)過煅燒得到三氧化二錳，產(chǎn)生氣體Y，為SO₂，氣體Y和軟錳礦在水中反應(yīng)得到硫酸錳溶液，并入主流程中，有效避免了SO₂氣體污染大氣，據(jù)此分析；
（1）MnO₂是兩性化合物，在酸性條件之下是一種氧化劑，根據(jù)流程圖分析，MnO₂和MnS在稀硫酸中反應(yīng)生成一種非金屬單質(zhì)，即濾渣1，同時(shí)產(chǎn)生MnSO₄，是一個(gè)氧化還原反應(yīng)，據(jù)此寫出反應(yīng)的離子方程式；
（2）根據(jù)流程圖，MnSO₄溶液經(jīng)過操作X變成MnSO₄•H₂O晶體，操作X為蒸發(fā)濃縮、過濾、洗滌干燥，用乙醇洗滌MnSO₄•H₂O晶體，則是為了冷卻結(jié)晶，降低晶體的溶解，同時(shí)考慮到乙醇易揮發(fā)，很容易除去；
（3）煅燒硫酸錳晶體，產(chǎn)生一種污染空氣氣體Y，根據(jù)元素守恒判斷，為SO₂，SO₂和軟錳礦在水中反應(yīng)生成硫酸錳溶液，據(jù)此寫出反應(yīng)②的化學(xué)方程式；
（4）用0.2000mol/L的標(biāo)準(zhǔn)BaCl₂溶液測定流程圖中MnSO₄•H₂O晶體樣品的純度（雜質(zhì)不與BaCl₂反應(yīng)），主要是和晶體中的SO₄^2-反應(yīng)，根據(jù)元素守恒計(jì)算；
（5）Mn₂O₃在空氣中加熱到940℃以上時(shí)，會(huì)分解生成氧氣和另一種錳的氧化物，根據(jù)質(zhì)量守恒和元素守恒計(jì)算．

解答 解：（1）MnO₂是兩性化合物，在酸性條件之下是一種氧化劑，根據(jù)流程圖分析，MnO₂和MnS在稀硫酸中反應(yīng)生成一種非金屬單質(zhì)，即濾渣1，同時(shí)產(chǎn)生MnSO₄，是一個(gè)氧化還原反應(yīng)，則“酸浸”時(shí)反應(yīng)①的離子反應(yīng)方程式為：MnO₂+4H⁺+MnS═S+2Mn²⁺+2H₂O，
故答案為：MnO₂+4H⁺+MnS═S+2Mn²⁺+2H₂O；
（2）根據(jù)流程圖，MnSO₄溶液經(jīng)過操作X變成MnSO₄•H₂O晶體，操作X為蒸發(fā)濃縮、過濾、洗滌干燥，用乙醇洗滌MnSO₄•H₂O晶體，則是為了冷卻結(jié)晶，降低晶體的溶解，同時(shí)考慮到乙醇易揮發(fā)，很容易除去，則常用酒精洗滌MnSO₄•H₂O晶體，主要目的是：冷卻結(jié)晶，減少M(fèi)nSO₄•H₂O晶體的溶解，乙醇易揮發(fā)便于除雜，
故答案為：冷卻結(jié)晶，減少M(fèi)nSO₄•H₂O晶體的溶解，乙醇易揮發(fā)便于除雜；
（3）煅燒硫酸錳晶體，產(chǎn)生一種污染空氣氣體Y，根據(jù)元素守恒判斷，為SO₂，SO₂和軟錳礦在水中反應(yīng)生成硫酸錳溶液，則反應(yīng)②的化學(xué)方程式為MnO₂+SO₂═MnSO₄，
故答案為：MnO₂+SO₂═MnSO₄；
（4）用0.2000mol/L的標(biāo)準(zhǔn)BaCl₂溶液測定流程圖中MnSO₄•H₂O晶體樣品的純度（雜質(zhì)不與BaCl₂反應(yīng)），主要是和晶體中的SO₄^2-反應(yīng)，取樣品ag，若消耗標(biāo)準(zhǔn)溶液50.00ml，根據(jù)S元素守恒，樣品中含有MnSO₄•H₂O的物質(zhì)的量為n=0.2000mol/L×50.00×10^-3L=0.01mol，則樣品中含有的MnSO₄•H₂O晶體的質(zhì)量為m=0.01mol×169g/mol=1.69g，所以ag樣品中的純度為$\frac{m}{a}×100%$=$\frac{169}{a}%$，
故答案為：$\frac{169}{a}%$；
（5）Mn₂O₃在空氣中加熱到940℃以上時(shí)，會(huì)分解生成氧氣和另一種錳的氧化物，47.4g Mn₂O₃按上述反應(yīng)分解生成1.6g氧氣，根據(jù)質(zhì)量守恒，產(chǎn)生的錳的氧化物的質(zhì)量為47.4g-1.6g=45.8g，47.4gMn₂O₃中含有Mn的質(zhì)量為$47.4g×\frac{110}{158}$=33g，根據(jù)Mn元素守恒，則分解產(chǎn)物錳的氧化物中也應(yīng)含有Mn的質(zhì)量為33g，含有O的質(zhì)量為45.8g-33g=12.8g，所以錳的氧化物中，含有Mn的物質(zhì)的量為n（Mn）=$\frac{33g}{55g/mol}=0.6mol$，含有O的物質(zhì)的量為n（O）=$\frac{12.8g}{16g/mol}=0.8mol$，則n（Mn）：n（O）=3：4，因此化學(xué)式為Mn₃O₄（或MnO₂•2MnO），
故答案為：Mn₃O₄（或MnO₂•2MnO）．

點(diǎn)評(píng) 本題考查Mn族元素的性質(zhì)，結(jié)氧化還原反應(yīng)方程式的書寫和配平，結(jié)合流程圖分析，明確流程圖中每一步操作的含義，結(jié)合守恒思想進(jìn)行分析計(jì)算可以起到簡便的作用，題目難度不大．事實(shí)上，學(xué)過大學(xué)無機(jī)化學(xué)的會(huì)知道，對(duì)于Mn，Mn₂O₃處于中間價(jià)態(tài)，不穩(wěn)定，很容易變成MnO₂和MnO，MnO2是兩性的，酸中起氧化劑作用，堿中起還原劑作用，本題（1）中MnO₂其實(shí)并不與稀的H₂SO₄反應(yīng)，會(huì)和濃硫酸反應(yīng)產(chǎn)生O₂，這是易錯(cuò)點(diǎn)．