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(yīng)I的化學(xué)方程式為2SO₂+2CaCO₃+O₂=2CaSO₄+2CO₂；反應(yīng)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(yīng)會較慢．反應(yīng)I到反應(yīng)II的過程中可循環(huán)利用的物質(zhì)是CaCO₃．
（2）反應(yīng)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(yīng)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(dāng)Ni²⁺恰好完全沉淀時(shí)[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(jié)晶．
（6）“鍛燒”時(shí)溫度與剩余固體質(zhì)量變化曲線如圖2：

該曲線中B點(diǎn)所表示的固體氧化物的化學(xué)式為Mn₃O₄．

Answer 1

分析 硫酸工業(yè)的尾氣中含有二氧化硫，反應(yīng)Ⅰ是用碳酸鈣、二氧化硫反應(yīng)生成亞硫酸鈣，再被空氣中的氧氣氧化成硫酸鈣，反應(yīng)Ⅱ?yàn)榱蛩徕}中加入碳酸氫銨和氨水，生成碳酸鈣沉淀和硫酸銨，反應(yīng)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(diào)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(jīng)結(jié)晶得硫酸錳晶體，再經(jīng)加熱可得Mn₃O₄，
（1）反應(yīng)I是二氧化硫和碳酸鈣、氧氣反應(yīng)生成硫酸鈣和二氧化碳；反應(yīng)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(yīng)在溫度太高，銨鹽會分解，溫度太低，反應(yīng)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(yīng)；
（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(dāng)Ni²⁺恰好完全沉淀時(shí)[c（Ni²⁺）=1.0×10^-5 mol•L ^-1〕，結(jié)合溶度積常數(shù)計(jì)算；
（5）從MnSO₄溶液中獲得MnSO₄•nH₂O的方法是蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過濾洗滌，重復(fù)操作得當(dāng)較純凈的晶體；
（6）“鍛燒”時(shí)溫度與剩余固體質(zhì)量變化曲線如圖2中一般先失去結(jié)晶水（可能分步），101.4gMnSO₄•H₂O中結(jié)晶水的質(zhì)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(zhì)量為$\frac{101.4g}{169g/mol}$×$\frac{1}{3}$×229g/mol=45.8g，故B為Mn₃O₄．

解答 解：（1）反應(yīng)I是二氧化硫和碳酸鈣、氧氣反應(yīng)生成硫酸鈣和二氧化碳，反應(yīng)的化學(xué)方程式為：2SO₂+2CaCO₃+O₂=2CaSO₄+2CO₂，反應(yīng)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(yīng)的離子方程式為CaSO₄+NH₃+HCO₃^-=CaCO₃+NH₄⁺+SO₄^2-，該反應(yīng)在溫度太高，銨鹽會分解，溫度太低，反應(yīng)速率太慢，所以反應(yīng)需控制在60℃-70℃之間，其原因是加快反應(yīng)速率同時(shí)防止銨鹽分解，流程中分析可知參與反應(yīng)過程，最后又生成的物質(zhì)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(yīng)會較慢；CaCO₃；
（2）反應(yīng)Ⅳ為二氧化錳氧化二氧化硫得硫酸錳，反應(yīng)化學(xué)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(yīng)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(dāng)Ni²⁺恰好完全沉淀時(shí)[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(jié)晶、過濾洗滌，重復(fù)操作得當(dāng)較純凈的晶體，從MnSO₄溶液中獲得MnSO₄•nH₂O的方法是重結(jié)晶，
故答案為：重結(jié)晶；
（6）“鍛燒”時(shí)溫度與剩余固體質(zhì)量變化曲線如圖2中一般先失去結(jié)晶水（可能分步），101.4gMnSO₄•H₂O中結(jié)晶水的質(zhì)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(zhì)量為$\frac{101.4g}{169g/mol}$×$\frac{1}{3}$×229g/mol=45.8g，故B為Mn₃O₄ ，
故答案為：Mn₃O₄．

點(diǎn)評 本題考查物質(zhì)制備工藝流程、離子檢驗(yàn)、陌生方程式書寫、物質(zhì)的分離提純、化學(xué)反應(yīng)圖象等，掌握基礎(chǔ)是解題關(guān)鍵，題目難度中等．