实验方案的设计及补充
1.[2021·江苏，17(4)]以软锰矿粉(含MnO2及少量Fe、Al、Si、Ca、Mg等的氧化物)为原料制备电池级MnO2。
制备MnO2。MnCO3经热解、酸浸等步骤可制备MnO2。MnCO3在空气气流中热解得到三种价态锰的氧化物，锰元素所占比例(×100%)随热解温度变化的曲线如图所示。已知：MnO与酸反应生成Mn2+；Mn2O3氧化性强于Cl2，加热条件下Mn2O3在酸性溶液中转化为MnO2和Mn2+。
为获得较高产率的MnO2，请补充实验方案：取一定量MnCO3置于热解装置中，通空气气流，
，
固体干燥，得到MnO2。(可选用的试剂：1 mol·L-1 H2SO4溶液、2 mol·L-1 HCl溶液、BaCl2溶液、AgNO3溶液)。
2.[2020·江苏，19(4)]实验室由炼钢污泥(简称铁泥，主要成分为铁的氧化物)制备软磁性材料α Fe2O3。
其主要实验流程如下：
沉铁。将提纯后的FeSO4溶液与氨水 NH4HCO3混合溶液反应，生成FeCO3沉淀。
①生成FeCO3沉淀的离子方程式为
。
②设计以FeSO4溶液、氨水 NH4HCO3混合溶液为原料，制备FeCO3的实验方案： 。[FeCO3沉淀需“洗涤完全”，Fe(OH)2开始沉淀的pH=6.5]
3.CuO和Cu2O是铜的常见氧化物，设计以铜粉为原料制取Cu2O的实验方案：向烧杯中加入适量的铜粉， ； ；向溶液中加入10%的
NaOH溶液至沉淀完全；再加入一定量的10%的NaOH溶液和足量葡萄糖溶液，充分加热；静置、冷却、过滤、水洗及干燥(已知在约50 ℃时，发生反应：Cu+H2O2+H2SO4CuSO4+2H2O。实验中必须使用的试剂：稀硫酸、葡萄糖溶液、10%的NaOH溶液和15%的H2O2溶液)。
4.用方铅矿(主要成分为PbS，含有杂质FeS等)和软锰矿(主要成分为MnO2，还有少量Fe2O3、Al2O3等杂质)制备PbSO4和Mn3O4的工艺流程如下：
已知：PbCl2难溶于冷水，易溶于热水；PbCl2(s)+2Cl-(aq)PbC(aq) ΔH>0。
(1)“趁热抽滤”的目的是 。
(2)已知：用空气和氨水处理滤液X可制备Mn3O4，主要副产物为MnOOH；反应温度和溶液pH对Mn3O4的纯度和产率影响分别如图1、图2所示：
①写出由滤液X制备Mn3O4的化学方程式： 。
②请补充完整由滤液X制备Mn3O4的实验方案： ，
真空干燥6小时得产品Mn3O4。 (实验中须使用的试剂：氨水、空气、稀硝酸、硝酸银溶液)
5.已知：Mn2O3+2H+MnO2+Mn2++H2O；NaClO3可将Mn2+氧化为MnO2，其用量对Mn2+的转化率影响如图所示。实验条件下pH小于5.5时，Cl-易被氧化为Cl2。请补充完整将Mn2O3完全转化为MnO2的实验方案：称取过滤所得Mn2O3固体5 g，在一定温度、固液比等条件下，
，得到较纯的MnO2固体(可选
用的试剂：稀NaOH溶液、1.5 mol·L-1H2SO4溶液、3.0 mol·L-1HCl溶液、NaClO3固体)。
答案精析
1.加热到450 ℃充分反应一段时间，将固体冷却后研成粉末，边搅拌边加入一定量1 mol·L-1稀H2SO4，加热，充分反应后过滤，洗涤，直到取最后一次洗涤液加盐酸酸化的BaCl2溶液不变浑浊
解析 根据图像可知，在450 ℃左右MnO2占比最高，所以加热到450 ℃最佳，MnO与酸反应生成Mn2+，故用酸除MnO，Mn2O3氧化性强于Cl2，用盐酸会发生氧化还原反应产生氯气。
2.①Fe2++HC+NH3·H2OFeCO3↓+N+H2O(或Fe2++HC+NH3FeCO3↓+N) ②在搅拌条件下向FeSO4溶液中缓慢加入氨水 NH4HCO3混合溶液，控制溶液pH不大于6.5；静置后过滤，所得沉淀用蒸馏水洗涤2~3次；取最后一次洗涤后的滤液，滴加盐酸酸化的BaCl2溶液，不出现白色沉淀
解析 ①FeSO4溶液与氨水 NH4HCO3混合溶液反应，Fe2+与C结合生成FeCO3沉淀，促进了HC的电离，离子方程式为Fe2++HC+NH3·H2OFeCO3↓+N+H2O或Fe2++HC+NH3FeCO3↓+N。
②Fe(OH)2开始沉淀的pH=6.5，且要求FeCO3沉淀需“洗涤完全”，应控制溶液的pH不大于6.5，防止产生Fe(OH)2沉淀；得到FeCO3沉淀，静置后过滤，用蒸馏水洗涤沉淀2~3次，并通过检验洗涤液中是否含有S，判断是否洗涤干净。
3.边搅拌边加入稍过量硫酸和过量的15%的H2O2溶液，加热至约50 ℃ 待铜粉完全溶解时，煮沸溶液片刻(除去过量H2O2)，冷却至室温
4.(1)PbCl2降温易结晶析出，趁热抽滤有利于铅的化合物与不溶性杂质分离
(2)①6MnCl2+O2+12NH3·H2O2Mn3O4↓+12NH4Cl+6H2O ②将滤液X水浴加热并保持50 ℃，用氨水调节溶液pH并维持在8.5左右，在不断搅拌下边通空气边加氨水，直至有大量沉淀生成，静置，在上层清液中再滴加氨水至无沉淀产生，过滤、洗涤至取最后一次滤液加入稀硝酸酸化的硝酸银溶液无沉淀产生
解析 方铅矿主要成分为PbS，含有杂质FeS等，软锰矿主要成分为MnO2，还有少量Fe2O3，Al2O3等，加入盐酸和饱和氯化钠溶液，盐酸、氯化钠、PbS和MnO2反应生成S沉淀和PbC等，FeS被MnO2氧化为S和Fe3+；Fe2O3、Al2O3和盐酸反应生成Fe3+、Al3+；过滤出沉淀S，滤液中加 MnCO3调节 pH，使酸浸液中 Fe3+、Al3+完全生成氢氧化铁、氢氧化铝沉淀，为防止PbCl2降温结晶析出，趁热抽滤除去氢氧化铁、氢氧化铝，冷却过滤出PbCl2固体，PbCl2固体和硫酸钠溶液反应转化为PbSO4固体；滤液X中含有氯化锰，将氯化锰溶液水浴加热并保持50 ℃，用氨水调节溶液 pH并维持在8.5 左右，在不断搅拌下边通空气边加氨水，直至有大量沉淀生成，过滤洗涤，真空干燥得到产品 Mn3O4。
5.边搅拌边加入1.5 mol·L-1H2SO4溶液，充分反应后，加入稀NaOH溶液调节溶液pH约为6，加入理论所需量1.3~1.4倍，约1.5 g NaClO3固体，反应一段时间后，过滤、洗涤、干燥
解析 Mn2O3在酸性条件下会发生歧化反应产生MnO2和Mn2+；NaClO3可将Mn2+氧化为MnO2，在实验条件下pH小于5.5时，Cl-易被氧化为Cl2。根据方程式：Mn2O3+2H+MnO2+Mn2++H2O、3Mn2+++3H2O3MnO2+Cl-+6H+，可得关系式：3Mn2O3~3Mn2+~NaClO3，5 g Mn2O3反应产生的Mn2+完全被氧化需NaClO3质量m(NaClO3)=×5 g≈1.12 g。根据NaClO3用量对Mn2+转化率的影响可知应该选择NaClO3用量与理论值之比为1.3~1.4，Mn2+转化率达到最大值，其质量约1.5 g。(共15张PPT)
实验方案的设计及补充
专题七 主观题突破4
1.[2021·江苏，17(4)]以软锰矿粉(含MnO2及少量Fe、
Al、Si、Ca、Mg等的氧化物)为原料制备电池级
MnO2。
制备MnO2。MnCO3经热解、酸浸等步骤可制备
MnO2。MnCO3在空气气流中热解得到三种价态锰的氧化物，锰元素所占比例(×100%)随热解温度变化的曲线如图所示。已知：MnO与酸反应生成Mn2+；Mn2O3氧化性强于Cl2，加热条件下Mn2O3在酸性溶液中转化为MnO2和Mn2+。
为获得较高产率的MnO2，请补充实验方案：取一定量MnCO3置于热解装置中，通空气气流，
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_______________________________________________________________________________________，固体干燥，得到MnO2。(可选用的试剂：1 mol·L-1 H2SO4溶液、2 mol·L-1 HCl溶液、BaCl2溶液、AgNO3溶液)。
加热到450 ℃充分反应一段时间，将固体冷却
后研成粉末，边搅拌边加入一定量1 mol·L-1稀
H2SO4，加热，充分反应后过滤，洗涤，直到取最后一次洗涤液加盐酸酸化的BaCl2溶液不变浑浊
根据图像可知，在450 ℃左右MnO2占比最高，所以加热到450 ℃最佳，MnO与酸反应生成Mn2+，故用酸除MnO，Mn2O3氧化性强于Cl2，用盐酸会发生氧化还原反应产生氯气。
2.[2020·江苏，19(4)]实验室由炼钢污泥(简称铁泥，主要成分为铁的氧化物)制备软磁性材料α Fe2O3。
其主要实验流程如下：
沉铁。将提纯后的FeSO4溶液与氨水 NH4HCO3混合溶液反应，生成FeCO3沉淀。
①生成FeCO3沉淀的离子方程式为_________________________________
。
Fe2++HC+NH3·H2O===FeCO3↓+
N+H2O(或Fe2++HC+NH3===FeCO3↓+N)
FeSO4溶液与氨水 NH4HCO3混合溶液反应，Fe2+与C结合生成FeCO3沉淀，促进了HC的电离，离子方程式为Fe2++HC+NH3·
H2O===FeCO3↓+N+H2O或Fe2++HC+NH3===FeCO3↓+N。
②设计以FeSO4溶液、氨水 NH4HCO3混合溶液为原料，制备FeCO3的实验方案：______________________________________________________
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。
[FeCO3沉淀需“洗涤完全”，Fe(OH)2开始沉淀的pH=6.5]
在搅拌条件下向FeSO4溶液中缓慢加入氨水 NH4HCO3混合溶液，控制溶液pH不大于6.5；静置后过滤，所得沉淀用蒸馏水洗涤2~3次；取最后一次洗涤后的滤液，滴加盐酸酸化的BaCl2溶液，不出现白色沉淀
Fe(OH)2开始沉淀的pH=6.5，且要求FeCO3沉淀需“洗涤完全”，应控制溶液的pH不大于6.5，防止产生Fe(OH)2沉淀；得到FeCO3沉淀，静置后过滤，用蒸馏水洗涤沉淀2~3次，并通过检验洗涤液中是否含有S，判断是否洗涤干净。
3.CuO和Cu2O是铜的常见氧化物，设计以铜粉为原料制取Cu2O的实验方案：向烧杯中加入适量的铜粉，___________________________________
；__________________________________
；向溶液中加入10%的NaOH溶液至沉淀完全；再加入一定量的10%的NaOH溶液和足量葡萄糖溶液，充分加热；静置、冷却、过滤、水洗及干燥(已知在约50 ℃时，发生反应：Cu+H2O2+H2SO4===CuSO4+2H2O。实验中必须使用的试剂：稀硫酸、葡萄糖溶液、10%的NaOH溶液和15%的H2O2溶液)。
边搅拌边加入稍过量硫酸和过量的15%
的H2O2溶液，加热至约50 ℃
待铜粉完全溶解时，煮沸溶液片刻(除
去过量H2O2)，冷却至室温
4.用方铅矿(主要成分为PbS，含有杂质FeS等)和软锰矿(主要成分为MnO2，还有少量Fe2O3、Al2O3等杂质)制备PbSO4和Mn3O4的工艺流程如下：
已知：PbCl2难溶于冷水，易溶于热水；PbCl2(s)+2Cl-(aq)===PbC(aq) ΔH>0。
(1)“趁热抽滤”的目的是________________________________________
。
PbCl2降温易结晶析出，趁热抽滤有利于铅的化合物与不溶性杂质分离
(2)已知：用空气和氨水处理滤液X可制备Mn3O4，主要副产物为MnOOH；反应温度和溶液pH对Mn3O4的纯度和产率影响分别如图1、图2所示：
①写出由滤液X制备Mn3O4的化学方程式：_________________________
。
6MnCl2+O2+12NH3·H2O===
2Mn3O4↓+12NH4Cl+6H2O
②请补充完整由滤液X制备Mn3O4的实验方案：_____________________
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，真空干燥6小时得产品Mn3O4。 (实验中须使用的试剂：氨水、空气、稀硝酸、硝酸银溶液)
将滤液X水浴加热并保持50 ℃，用氨水调节溶液pH并维持在8.5左右，在不断搅拌下边通空气边加氨水，直至有大量沉淀生成，静置，在上层清液中再滴加氨水至无沉淀产生，过滤、洗涤至取最后一次滤液加入稀硝酸酸化的硝酸银溶液无沉淀产生
方铅矿主要成分为PbS，含有杂质FeS等，软锰矿主要成分为MnO2，还有少量Fe2O3，Al2O3等，加入盐酸和饱和氯化钠溶液，盐酸、氯化钠、PbS和MnO2反应生成S沉淀和PbC等，FeS被MnO2氧化为S和Fe3+；Fe2O3、Al2O3和盐酸反
应生成Fe3+、Al3+；过滤出沉淀S，滤液中加 MnCO3调节 pH，使酸浸液中 Fe3+、Al3+完全生成氢氧化铁、氢氧化铝沉淀，为防止PbCl2降温结晶析出，趁热抽滤除去氢氧化铁、氢氧化铝，冷却过滤出PbCl2固体，PbCl2固体和硫酸钠溶液反应转化为PbSO4固体；滤液X中含有氯化锰，将氯化锰溶液水浴加热并保持50 ℃，用氨水调节溶液 pH并维持在8.5 左右，在不断搅拌下边通空气边加氨水，直至有大量沉淀生成，过滤洗涤，真空干燥得到产品 Mn3O4。
5.已知：Mn2O3+2H+===MnO2+Mn2++H2O；NaClO3可将Mn2+氧化为MnO2，其用量对Mn2+的转化率影响如图所示。实验条件下pH小于5.5时，Cl-易被氧化为Cl2。请补充完整将Mn2O3完全转化为MnO2的实验方案：称
取过滤所得Mn2O3固体5 g，在一定温度、固液比等条件下，___________
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，得到较纯的MnO2固体(可选用的试剂：稀NaOH溶液、1.5 mol·L-1H2SO4溶液、3.0 mol·L-1HCl溶液、NaClO3固体)。
边搅拌边加入1.5 mol·L-1H2SO4溶液，充分反应后，加入稀NaOH溶液调节溶液pH约为6，加入理论所需量1.3~1.4倍，约1.5 g NaClO3固体，反应一段时间后，过滤、洗涤、干燥
Mn2O3在酸性条件下会发生歧化反应产生MnO2和Mn2+；NaClO3可将Mn2+氧化为MnO2，在实验条件下pH小于5.5时，Cl-易被氧化为Cl2。根据方程式：Mn2O3+2H+===MnO2+Mn2++H2O、3Mn2+++
3H2O===3MnO2+Cl-+6H+，可得关系式：3Mn2O3~3Mn2+~NaClO3，5 g Mn2O3反应产生的Mn2+完全被氧化需NaClO3质量m(NaClO3)=×5 g
≈1.12 g。根据NaClO3用量对Mn2+转化率的影响可知应该选择NaClO3用量与理论值之比为1.3~1.4，Mn2+转化率达到最大值，其质量约1.5 g。
