2024屆江蘇高考大二輪復(fù)習(xí) 專題七 化學(xué)實(shí)驗(yàn) 主觀題突破 4-實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)及原因解釋 學(xué)案

4.實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)及原因解釋1．[2021·江蘇，17(4)]以軟錳礦粉(含MnO2及少量Fe、Al、Si、Ca、Mg等的氧化物)為原料制備電池級(jí)MnO2。制備MnO2。MnCO3經(jīng)熱解、酸浸等步驟可制備MnO2。MnCO3在空氣氣流中熱解得到三種價(jià)態(tài)錳的氧化物，錳元素所占比例(eq\f(某價(jià)態(tài)錳的氧化物中錳元素質(zhì)量,錳元素總質(zhì)量)×100%)隨熱解溫度變化的曲線如圖所示。已知：MnO與酸反應(yīng)生成Mn2＋；Mn2O3氧化性強(qiáng)于Cl2，加熱條件下Mn2O3在酸性溶液中轉(zhuǎn)化為MnO2和Mn2＋。為獲得較高產(chǎn)率的MnO2，請(qǐng)補(bǔ)充實(shí)驗(yàn)方案：取一定量MnCO3置于熱解裝置中，通空氣氣流，_____________，固體干燥，得到MnO2。(可選用的試劑：1mol·L－1H2SO4溶液、2mol·L－1HCl溶液、BaCl2溶液、AgNO3溶液)。2．[2020·江蘇，19(4)]實(shí)驗(yàn)室由煉鋼污泥(簡(jiǎn)稱鐵泥，主要成分為鐵的氧化物)制備軟磁性材料α-Fe2O3。其主要實(shí)驗(yàn)流程如下：沉鐵。將提純后的FeSO4溶液與氨水-NH4HCO3混合溶液反應(yīng)，生成FeCO3沉淀。①生成FeCO3沉淀的離子方程式為_(kāi)___________________________。②設(shè)計(jì)以FeSO4溶液、氨水-NH4HCO3混合溶液為原料，制備FeCO3的實(shí)驗(yàn)方案：____________________________________________________________________________。[FeCO3沉淀需“洗滌完全”，F(xiàn)e(OH)2開(kāi)始沉淀的pH＝6.5]。1．用方鉛礦(主要成分為PbS，含有雜質(zhì)FeS等)和軟錳礦(主要成分為MnO2，還有少量Fe2O3、Al2O3等雜質(zhì))制備PbSO4和Mn3O4的工藝流程如下：已知：PbCl2難溶于冷水，易溶于熱水；PbCl2(s)＋2Cl－(aq)=PbCleq\o\al(2－,4)(aq)ΔH>0。(1)“趁熱抽濾”的目的是________________________________________________________。(2)已知：用空氣和氨水處理濾液X可制備Mn3O4，主要副產(chǎn)物為MnOOH；反應(yīng)溫度和溶液pH對(duì)Mn3O4的純度和產(chǎn)率影響分別如圖1、圖2所示：①寫出由濾液X制備Mn3O4的化學(xué)方程式：______________________________________________________________________________________________________________________。②請(qǐng)補(bǔ)充完整由濾液X制備Mn3O4的實(shí)驗(yàn)方案：_____________________________________________________________________________________________________________________，真空干燥6小時(shí)得產(chǎn)品Mn3O4。(實(shí)驗(yàn)中須使用的試劑：氨水、空氣、稀硝酸、硝酸銀溶液)2．已知：Mn2O3＋2H＋=MnO2＋Mn2＋＋H2O；NaClO3可將Mn2＋氧化為MnO2，其用量對(duì)Mn2＋的轉(zhuǎn)化率影響如圖所示。實(shí)驗(yàn)條件下pH小于5.5時(shí)，Cl－易被氧化為Cl2。請(qǐng)補(bǔ)充完整將Mn2O3完全轉(zhuǎn)化為MnO2的實(shí)驗(yàn)方案：稱取過(guò)濾所得Mn2O3固體5g，在一定溫度、固液比等條件下，_______，得到較純的MnO2固體(可選用的試劑：稀NaOH溶液、1.5mol·L－1H2SO4溶液、3.0mol·L－1HCl溶液、NaClO3固體)。3．有色冶金廢渣中主要含有銅、鎳、鋅元素。其分離的部分工藝流程如下：分離焙燒得到的NiO、ZnO混合物。已知NiO不溶于堿，ZnO的浸出率隨pH的變化如圖1所示，Zn(OH)2沉淀率隨pH的變化如圖2所示。具體步驟如下：(1)向焙燒得到的氧化物混合物中，________________，得到氧化鎳。(2)_________，得到氧化鋅固體(實(shí)驗(yàn)中須使用的試劑：6mol·L－1的NaOH溶液、2mol·L－1的H2SO4溶液、BaCl2溶液)。主觀題突破4實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)及原因解釋真題演練稀H2SO4，加熱，充分反應(yīng)后過(guò)濾，洗滌，直到取最后一次洗滌液加鹽酸酸化的BaCl2溶液不變渾濁解析根據(jù)圖像可知，在450℃左右MnO2占比最高，所以加熱到450℃最佳，MnO與酸反應(yīng)生成Mn2＋，故用酸除MnO，Mn2O3氧化性強(qiáng)于Cl2，用鹽酸會(huì)發(fā)生氧化還原反應(yīng)產(chǎn)生氯氣。2．①Fe2＋＋HCOeq\o\al(－,3)＋NH3·H2O=FeCO3↓＋NHeq\o\al(＋,4)＋H2O(或Fe2＋＋HCOeq\o\al(－,3)＋NH3=FeCO3↓＋NHeq\o\al(＋,4))②在攪拌條件下向FeSO4溶液中緩慢加入氨水-NH4HCO3混合溶液，控制溶液pH不大于6.5；靜置后過(guò)濾，所得沉淀用蒸餾水洗滌2～3次；取最后一次洗滌后的濾液，滴加鹽酸酸化的BaCl2溶液，不出現(xiàn)白色沉淀解析①FeSO4溶液與氨水-NH4HCO3混合溶液反應(yīng)，F(xiàn)e2＋與COeq\o\al(2－,3)結(jié)合生成FeCO3沉淀，促進(jìn)了HCOeq\o\al(－,3)的電離，離子方程式為Fe2＋＋HCOeq\o\al(－,3)＋NH3·H2O=FeCO3↓＋NHeq\o\al(＋,4)＋H2O或Fe2＋＋HCOeq\o\al(－,3)＋NH3=FeCO3↓＋NHeq\o\al(＋,4)。②Fe(OH)2開(kāi)始沉淀的pH＝6.5，且要求FeCO3沉淀需“洗滌完全”，應(yīng)控制溶液的pH不大于6.5，防止產(chǎn)生Fe(OH)2沉淀；得到FeCO3沉淀，靜置后過(guò)濾，用蒸餾水洗滌沉淀2～3次，并通過(guò)檢驗(yàn)洗滌液中是否含有SOeq\o\al(2－,4)，判斷是否洗滌干凈?？枷蝾A(yù)測(cè)1．(1)PbCl2降溫易結(jié)晶析出，趁熱抽濾有利于鉛的化合物與不溶性雜質(zhì)分離(2)①6MnCl2＋O2＋12NH3·H2O=2Mn3O4↓＋12NH4Cl＋6H2O②將濾液X水浴加熱并保持50℃，用氨水調(diào)節(jié)溶液pH并維持在8.5左右，在不斷攪拌下邊通空氣邊加氨水，直至有大量沉淀生成，靜置，在上層清液中再滴加氨水至無(wú)沉淀產(chǎn)生，過(guò)濾、洗滌至取最后一次濾液加入稀硝酸酸化的硝酸銀溶液無(wú)沉淀產(chǎn)生解析方鉛礦主要成分為PbS，含有雜質(zhì)FeS等，軟錳礦主要成分為MnO2，還有少量Fe2O3，Al2O3等，加入鹽酸和飽和氯化鈉溶液，鹽酸、氯化鈉、PbS和MnO2反應(yīng)生成S沉淀和PbCleq\o\al(2－,4)等，F(xiàn)eS被MnO2氧化為S和Fe3＋；Fe2O3、Al2O3和鹽酸反應(yīng)生成Fe3＋、Al3＋；過(guò)濾出沉淀S，濾液中加MnCO3調(diào)節(jié)pH，使酸浸液中Fe3＋、Al3＋完全生成氫氧化鐵、氫氧化鋁沉淀，為防止PbCl2降溫結(jié)晶析出，趁熱抽濾除去氫氧化鐵、氫氧化鋁，冷卻過(guò)濾出PbCl2固體，PbCl2固體和硫酸鈉溶液反應(yīng)轉(zhuǎn)化為PbSO4固體；濾液X中含有氯化錳，將氯化錳溶液水浴加熱并保持50℃，用氨水調(diào)節(jié)溶液pH并維持在8.5左右，在不斷攪拌下邊通空氣邊加氨水，直至有大量沉淀生成，過(guò)濾洗滌，真空干燥得到產(chǎn)品Mn3O4。2．邊攪拌邊加入1.5mol·L－1H2SO4溶液，充分反應(yīng)后，加入稀NaOH溶液調(diào)節(jié)溶液pH約為6，加入理論所需量1.3～1.4倍，約1.5gNaClO3固體，反應(yīng)一段時(shí)間后，過(guò)濾、洗滌、干燥解析Mn2O3在酸性條件下會(huì)發(fā)生歧化反應(yīng)產(chǎn)生MnO2和Mn2＋；NaClO3可將Mn2＋氧化為MnO2，在實(shí)驗(yàn)條件下pH小于5.5時(shí)，Cl－易被氧化為Cl2。根據(jù)方程式：Mn2O3＋2H＋=MnO2＋Mn2＋＋H2O、3Mn2＋＋ClOeq\o\al(－,3)＋3H2O=3MnO2＋Cl－＋6H＋，可得關(guān)系式：3Mn2O3～3Mn2＋～NaClO3，5gMn2O3反應(yīng)產(chǎn)生的Mn2＋完全被氧化需NaClO3質(zhì)量m(NaClO3)＝eq\f(106.5,3×158)×5g≈1.12g。根據(jù)NaClO3用量對(duì)Mn2＋轉(zhuǎn)化率的影響可知應(yīng)該選擇NaClO3用量與理論值之比為1.3～1.4，Mn2＋轉(zhuǎn)化率達(dá)到