軟磁鐵氧體是用量很大的一種磁性材料,也是電子信息和家電工業(yè)等的重要基礎(chǔ)功能性材料。Mn
3O
4是生產(chǎn)軟磁鐵氧體材料的主要原料,實驗室以SO
2氣體制備少量高純Mn
3O
4的操作步驟如下:
【資料】①亞硫酸(H
2SO
3)在Mn
2+催化作用下被O
2氧化為硫酸,硫酸與MnO
2在常溫下不易發(fā)生反應(yīng)。
②MnSO
4在空氣中高溫煅燒生成Mn
3O
4和SO
3,當(dāng)溫度超過1000℃時,Mn
3O
4易被氧化。
【步驟Ⅰ】制備MnSO
4溶液:在三頸燒瓶中(裝置見圖1)
加入一定量MnO
2和水,先通氮氣,再通入SO
2和N
2混合氣體,攪拌反應(yīng)3小時。停止通SO
2,繼續(xù)反應(yīng)片刻后過濾得MnSO
4溶液。
(1)燒杯中石灰乳(有效成分為氫氧化鈣)的作用為
吸收沒有反應(yīng)的二氧化硫,防止污染空氣
吸收沒有反應(yīng)的二氧化硫,防止污染空氣
。
(2)三頸燒瓶中生成MnSO
4的反應(yīng)化學(xué)方程式為
MnO2+SO2=MnSO4
MnO2+SO2=MnSO4
。
(3)步驟Ⅰ中,先通入氮氣的目的是
排盡裝置內(nèi)空氣
排盡裝置內(nèi)空氣
。為使SO
2盡可能轉(zhuǎn)化完全,在不改變固液投料比,且通入的SO
2和N
2比例一定的條件下,可采取的合理措施有:及時攪拌反應(yīng)液、
水浴加熱
水浴加熱
(任寫一條)。
【步驟Ⅱ】制備MnSO
4?H
2O晶體:利用硫酸錳的溶解度在100℃以上隨溫度升高而急劇降低的原理,用壓力釜升溫加壓結(jié)晶法后,過濾、洗滌、低溫干燥,得純凈的MnSO
4?H
2O晶體。
【步驟Ⅲ】制備Mn
3O
4固體:準(zhǔn)確稱取101.4mg MnSO
4?H
2O,將MnSO
4?H
2O晶體在空氣中高溫煅燒,圖2是用熱重分析儀測定煅燒時溫度與剩余固體質(zhì)量變化曲線。
(4)該曲線中A段所表示物質(zhì)的化學(xué)式為
MnSO4
MnSO4
。
(5)試通過計算確定反應(yīng)至圖中C點時所對應(yīng)的剩余固體成分的化學(xué)式
Mn2O3、Mn3O4
Mn2O3、Mn3O4
。