Question

【題目】K2SO4是無氯優質鉀肥，Mn3O4是生產軟磁鐵氧體材料的主要原料。以硫酸工業的尾氣聯合制備K2SO4和Mn3O4的工藝流程如下：

（1）幾種鹽的溶解度見圖1。反應Ⅲ中，向(NH4)2SO4溶液中加入KCl溶液充分反應后，進行________、________、洗滌、干燥等操作即得K2SO4產品。

（2）檢驗K2SO4樣品是否含有氯化物雜質的實驗操作是：_____________________________________。

（3）反應Ⅳ的化學方程式為______________________________________________。

（4）Mn3O4與濃鹽酸加熱時發生反應的離子方程式為____________________________________________。

（5）圖2是煅燒MnSO4·H2O時溫度與剩余固體質量變化曲線。

①該曲線中B段所表示物質的化學式為___________________。

②煅燒過程中固體的錳含量隨溫度的升高而增大，但當溫度超過1000 ℃時，再冷卻后，測得產物的總錳含量反而減小。試分析產物總錳含量減小的原因：____________________________。

（6）一種新型燃料電池，一極通入空氣，另一極通入丁烷；電解質是摻雜Mn3O4的二氧化鋯(ZrO2)晶體，在熔融狀態下能傳導O2－。在熔融電解質中，O2－向________(填“正”或“負”)極移動。電池負極電極反應為________________________。

Answer 1

【答案】 蒸發結晶 趁熱過濾 取少量樣品于試管中配成溶液，滴加過量Ba(NO3)2溶液，取上層清液滴加AgNO3溶液，若有白色沉淀產生，則有氯化物雜質；若沒有明顯現象，則沒有氯化物雜質 MnO2＋SO2=MnSO4 Mn3O4＋8H＋＋2Cl－3Mn2＋＋Cl2↑＋4H2O Mn3O4 部分Mn3O4又被氧化為Mn2O3或MnO2，造成總錳含量減小 負 C4H10－26e－＋13O2－=4CO2＋5H2O

【解析】(1)四種物質中相同溫度下硫酸鉀溶解度最小，所以反應Ⅲ中蒸發濃縮后硫酸鉀析出，趁熱過濾減少雜質，得硫酸鉀晶體，再洗滌、干燥即可，故答案為：蒸發結晶；趁熱過濾；

(2)檢驗Cl-用硝酸銀溶液和稀硝酸，同時又要除去干擾實驗的硫酸根離子，具體方案為：取少量溶液于試管中配成溶液，滴加過量的Ba(NO3)2溶液，取上層清液滴加AgNO3溶液，若有白色沉淀產生，則有氯化物雜質；若沒有明顯現象，則沒有氯化物雜質，故答案為：取少量溶液于試管中配成溶液，滴加過量的Ba(NO3)2溶液，取上層清液滴加AgNO3溶液，若有白色沉淀產生，則有氯化物雜質；若沒有明顯現象，則沒有氯化物雜質；

(3)二氧化硫與二氧化錳反應，除雜后得到硫酸錳晶體，可知二者反應生成硫酸錳，反應方程式為：MnO2+SO2=MnSO4，故答案為：MnO2+SO2=MnSO4；

(4)+4價錳離子具有氧化性可以氧化氯離子為氯氣，四氧化三錳可改寫為MnO22MnO，MnO2與濃鹽酸生成MnCl2、Cl2和H2O、MnO與鹽酸生成MnCl2和H2O，反應方程式為：Mn3O4+8H++2Cl-3Mn2++Cl2↑+4H2O，故答案為：Mn3O4+8H++2Cl-3Mn2++Cl2↑+4H2O；

(5)①熱重曲線中一般先失去結晶水(可能分步)，100gMnSO4H2O中結晶水的質量為100g×=10.65g，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，100gMnSO4H2O分解可以得到四氧化三錳的質量為××229g/mol=45.17g，故B為Mn3O4，故答案為：Mn3O4；

②繼續加熱產物中總錳含量反而減小，說明吸收了氧，進一步說明B中的錳元素存在低價，可能是部分Mn3O4又被氧化成Mn2O3或MnO2，造成總錳含量減少，故答案為：部分Mn3O4又被氧化成Mn2O3或MnO2，造成總錳含量減少；

(6)原電池中陰離子向負極移動，陽離子向正極移動，通入丁烷一極是負極，由于電解質為非水物質，則電解質中不存在OH-離子，正確的電極反應式為C4H10+13O2--26e-=4CO2+5H2O；通入空氣的一極為原電池的正極，發生還原反應，電極反應式為O2+4e-=2O2-，故答案為：負；C4H10-26e-+13O2-=4CO2+5H2O。