實驗室以工業(yè)級硫酸錳粉末(含少量Ca、Co等的硫酸鹽)為原料獲得電池級MnSO
4,并制備催化劑的載體Mn
3O
4。
(1)將工業(yè)級硫酸錳溶于水,蒸發(fā)結(jié)晶,趁熱過濾除去部分雜質(zhì),過程中雜質(zhì)去除率隨MnSO
4結(jié)晶率[
×100%]的變化如圖所示,雜質(zhì)去除率隨MnSO
4結(jié)晶率的增大反而下降的原因是
水分大量蒸發(fā),硫酸鹽雜質(zhì)結(jié)晶析出量增加
水分大量蒸發(fā),硫酸鹽雜質(zhì)結(jié)晶析出量增加
。
(2)將除去部分雜質(zhì)的MnSO
4溶于水,先后加入MnF
2和MnS分別除去溶液中的Ca
2+和Co
2+,獲得電池級硫酸錳。
①MnF
2可將溶液中的Ca
2+轉(zhuǎn)化為CaF
2,CaF
2的晶胞如圖所示,Ca
2+周圍距離最近且相等的F
-個數(shù)為
8
8
。
②“除鈷”時,發(fā)生反應(yīng)Co
2++MnS(s)=CoS(s)+Mn
2+,反應(yīng)完全后,上層清液中
=
1012
1012
。[K
sp(MnS)=2×10
-13,K
sp(CoS)=2×10
-25]
(3)MnSO
4溶液在堿性條件下通入空氣氧化獲得Mn
3O
4,產(chǎn)物中Mn元素質(zhì)量分數(shù)(Mn%)隨反應(yīng)時間和溫度變化如圖1和圖2所示。
①如圖1所示反應(yīng)時間超過8小時,Mn%降低的原因是
MnSO4被氧化成更高價態(tài)錳的氧化物(Mn2O3或MnO2)
MnSO4被氧化成更高價態(tài)錳的氧化物(Mn2O3或MnO2)
。
②請設(shè)計由MnSO
4溶液制備較純Mn
3O
4實驗方案:
向MnSO4溶液中加入一定量1mol?L-1NaOH溶液,邊攪拌邊通入空氣,控制75℃加熱8h左右,過濾,洗滌,取最后一次洗滌濾液中加BaCl2溶液,無渾濁
向MnSO4溶液中加入一定量1mol?L-1NaOH溶液,邊攪拌邊通入空氣,控制75℃加熱8h左右,過濾,洗滌,取最后一次洗滌濾液中加BaCl2溶液,無渾濁
。(需用到的試劑:1mol?L
-1NaOH溶液、BaCl
2溶液)