《2025年学霸高考黑题化学人教版》

巩固训练4 (2025·河北邢台模拟) 电池级${MnSO_{4}}$对纯度要求特别高,以工业级${MnSO_{4}}$(含${Ca^{2+}}$、${Mg^{2+}}$、${Zn^{2+}}$、${Co^{2+}}$、${Ni^{2+}}$等金属离子)为原料制备高纯${MnSO_{4}}$的过程如下。回答下列问题:

工业级${MnSO_{4}}$经水浸过滤得滤液1，滤液1中加入${Mn}$粉、静置过滤得滤液2，滤液2中加入${NH_{4}HCO_{3}}$、沉淀过滤得滤渣1和滤液3，滤渣1中加入${H_{2}SO_{4}}$、蒸发结晶得${MnSO_{4}}$。
(1)加入${Mn}$粉过程中,${Mn}$粉的作用为将$Zn^{2+}$、$Co^{2+}$、$Ni^{2+}$还原为单质。
(2)加入${NH_{4}HCO_{3}}$时主要反应的化学方程式为$MnSO_4 + 2NH_4HCO_3 = MnCO_3 \downarrow + (NH_4)_2SO_4 + CO_2 \uparrow + H_2O$。
(3)“沉淀过滤”的反应温度不宜过高的原因是温度过高，$NH_4HCO_3$易分解。
(4)将“滤渣1”用纯水洗涤,证明沉淀洗涤干净的操作是取最后一次洗涤液于试管中，加入$BaCl_2$溶液，若不生成白色沉淀，则已洗净。
(5)结合$K_{sp}$可知加入${NH_{4}HCO_{3}}$的最好方式是C(填字母)。

A. 向${NH_{4}HCO_{3}}$溶液中滴加滤液2
B. 同时滴加${NH_{4}HCO_{3}}$溶液和滤液2
C. 向滤液2中滴加${NH_{4}HCO_{3}}$溶液

(6)取样$200mL$“滤液2”,${MnSO_{4}}$的浓度为$1.35mol· L^{-1}$,${Ca^{2+}}$、${Mg^{2+}}$随着$2mol· L^{-1}\ {NH_{4}HCO_{3}}$溶液的加入转化的沉淀的量的变化如图,${NH_{4}HCO_{3}}$加入量应为130 mL。
(7)“滤液3”中仍有大量${Mn^{2+}}$,为了提高原料利用率可采取的处理方法是将多次实验的滤液集中浓缩，继续加入$NH_4HCO_3$溶液沉淀。
(8)最终制得的${MnSO_{4}}$晶体颗粒大小不均匀,可能的原因是升温速率不均匀(或升温速率过快)。

答案：
巩固训练4
(1)将$Zn^{2+}$、$Co^{2+}$、$Ni^{2+}$还原为单质
(2)$MnSO_4 + 2NH_4HCO_3 = MnCO_3 \downarrow + (NH_4)_2SO_4 + CO_2 \uparrow + H_2O$
(3)温度过高，$NH_4HCO_3$易分解
(4)取最后一次洗涤液于试管中，加入$BaCl_2$溶液，若不生成白色沉淀，则已洗净
(5)C
(6)130 mL
(7)将多次实验的滤液集中浓缩，继续加入$NH_4HCO_3$溶液沉淀
(8)升温速率不均匀(或升温速率过快)
解题思路

解析：
(1)由题给流程图分析可知，加入$Mn$粉，得到单质$Zn$、$Co$、$Ni$，说明$Mn$将$Zn^{2+}$、$Co^{2+}$、$Ni^{2+}$还原为单质。
(2)分析流程可知，“沉淀过滤”中加入碳酸氢铵，得到的“滤渣1”为$MnCO_3$，$MnCO_3$不溶于水但溶于酸，所以产物中不能有$H^+$生成。
(3)由于碳酸氢铵受热易分解，故“沉淀过滤”的反应温度不宜过高。
(4)“滤液2”中含有$SO_4^{2-}$，“滤渣1”为$MnCO_3$，可通过检验$SO_4^{2-}$判断“滤渣1”是否洗净。
(5)滤液2中含$MnSO_4$、$MgSO_4$、$CaSO_4$，若$NH_4HCO_3$过量，沉淀$Mn^{2+}$的同时，$Ca^{2+}$和$Mg^{2+}$也会转化为沉淀，难以分离；若滤液2过量，根据题给溶度积可知，$NH_4HCO_3$会优先与$Mn^{2+}$反应，少量的$NH_4HCO_3$不与其他离子反应，则应向滤液2中滴加$NH_4HCO_3$溶液。
(6)由题图可知，当加入130 mL$NH_4HCO_3$溶液时，能保证$MnCO_3$沉淀量大且$CaCO_3$、$MgCO_3$沉淀量小。
(8)升温速度不均匀或温度升高过快均会导致产生的晶体颗粒大小不均匀。