Question

K₂SO₄是无氯优质钾肥，Mn₃O₄是生产软磁铁氧体材料的主要原料。以硫酸工业的尾气联合制备K₂SO₄和Mn₃O₄的工艺流程如下：

（1）几种盐的溶解度见图1。反应Ⅲ中，向(NH₄)₂SO₄溶液中加入KCl溶液充分反应后，进行________、________、洗涤、干燥等操作即得K₂SO₄产品。

（2）检验K₂SO₄样品是否含有氯化物杂质的实验操作是：_____________________________________。

（3）反应Ⅳ的化学方程式为______________________________________________。

（4）Mn₃O₄与浓盐酸加热时发生反应的离子方程式为____________________________________________。

（5）图2是煅烧MnSO₄·H₂O时温度与剩余固体质量变化曲线。

①该曲线中B段所表示物质的化学式为___________________。

②煅烧过程中固体的锰含量随温度的升高而增大，但当温度超过1000 ℃时，再冷却后，测得产物的总锰含量反而减小。试分析产物总锰含量减小的原因：____________________________。

（6）一种新型燃料电池，一极通入空气，另一极通入丁烷；电解质是掺杂Mn₃O₄的二氧化锆(ZrO₂)晶体，在熔融状态下能传导O^2－。在熔融电解质中，O^2－向________(填“正”或“负”)极移动。电池负极电极反应为________________________。

Answer

蒸发结晶 趁热过滤 取少量样品于试管中配成溶液，滴加过量Ba(NO3)2溶液，取上层清液滴加AgNO3溶液，若有白色沉淀产生，则有氯化物杂质；若没有明显现象，则没有氯化物杂质 MnO2＋SO2=MnSO4 Mn3O4＋8H＋＋2Cl－3Mn2＋＋Cl2↑＋4H2O Mn3O4 部分Mn3O4又被氧化为Mn2O3或MnO2，造成总锰含量减小 负 C4H10－26e－＋13O2－=4CO2＋5H2O

【解析】(1)四种物质中相同温度下硫酸钾溶解度最小，所以反应Ⅲ中蒸发浓缩后硫酸钾析出，趁热过滤减少杂质，得硫酸钾晶体，再洗涤、干燥即可，故答案为：蒸发结晶；趁热过滤；

(2)检验Cl-用硝酸银溶液和稀硝酸，同时又要除去干扰实验的硫酸根离子，具体方案为：取少量溶液于试管中配成溶液，滴加过量的Ba(NO3)2溶液，取上层清液滴加AgNO3溶液，若有白色沉淀产生，则有氯化物杂质；若没有明显现象，则没有氯化物杂质，故答案为：取少量溶液于试管中配成溶液，滴加过量的Ba(NO3)2溶液，取上层清液滴加AgNO3溶液，若有白色沉淀产生，则有氯化物杂质；若没有明显现象，则没有氯化物杂质；

(3)二氧化硫与二氧化锰反应，除杂后得到硫酸锰晶体，可知二者反应生成硫酸锰，反应方程式为：MnO2+SO2=MnSO4，故答案为：MnO2+SO2=MnSO4；

(4)+4价锰离子具有氧化性可以氧化氯离子为氯气，四氧化三锰可改写为MnO2•2MnO，MnO2与浓盐酸生成MnCl2、Cl2和H2O、MnO与盐酸生成MnCl2和H2O，反应方程式为：Mn3O4+8H++2Cl-3Mn2++Cl2↑+4H2O，故答案为：Mn3O4+8H++2Cl-3Mn2++Cl2↑+4H2O；

(5)①热重曲线中一般先失去结晶水(可能分步)，100gMnSO4•H2O中结晶水的质量为100g×=10.65g，可知A为硫酸锰，升高温度盐分解得到金属氧化物，由流程图可知硫酸锰晶体锻烧得到四氧化三锰，100gMnSO4•H2O分解可以得到四氧化三锰的质量为××229g/mol=45.17g，故B为Mn3O4，故答案为：Mn3O4；

②继续加热产物中总锰含量反而减小，说明吸收了氧，进一步说明B中的锰元素存在低价，可能是部分Mn3O4又被氧化成Mn2O3或MnO2，造成总锰含量减少，故答案为：部分Mn3O4又被氧化成Mn2O3或MnO2，造成总锰含量减少；

(6)原电池中阴离子向负极移动，阳离子向正极移动，通入丁烷一极是负极，由于电解质为非水物质，则电解质中不存在OH-离子，正确的电极反应式为C4H10+13O2--26e-=4CO2+5H2O；通入空气的一极为原电池的正极，发生还原反应，电极反应式为O2+4e-=2O2-，故答案为：负；C4H10-26e-+13O2-=4CO2+5H2O。