Question

MnO₂是一種重要無(wú)機(jī)材料，粗MnO₂的提純是工業(yè)生產(chǎn)的重要環(huán)節(jié)．某研究性學(xué)習(xí)小組設(shè)計(jì)了將粗MnO₂（含有較多的MnO和MnCO₃）樣品轉(zhuǎn)化為純MnO₂的實(shí)驗(yàn)，流程如下：

（1）第①步發(fā)生反應(yīng)生成CO₂氣體的化學(xué)方程式為：

 

（2）第一次過(guò)濾后，所得濾液中含有的主要陽(yáng)離子為

 

；所得濾渣需要洗滌，判斷濾渣已洗滌干凈的方法是

 

（3）完成第②步相關(guān)的離子反應(yīng)：5Mn²⁺+2ClO₃^-+

 

=5MnO₂↓+Cl₂↑+

 

第③步蒸發(fā)操作必需的儀器有鐵架臺(tái)（含鐵圈）、玻璃棒、酒精燈、

 

已知蒸發(fā)得到的固體中有NaClO₃和NaOH，則一定還含有

 

（寫(xiě)化學(xué)式）．
（4）粗MnO₂樣品的質(zhì)量為12.69g，第①步反應(yīng)后，過(guò)濾得到8.7gMnO₂，并收集到0.224L CO₂（標(biāo)準(zhǔn)狀況下），則在第②步反應(yīng)中至少需要

 

mol NaClO₃．

Answer 1

考點(diǎn)：物質(zhì)分離和提純的方法和基本操作綜合應(yīng)用

專題：實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)題

分析：由制備流程可知，MnO₂不溶于硫酸，樣品中的MnO、MnCO₃和硫酸反應(yīng)生成可溶性的MnSO₄，濾液中含MnSO₄，為保證固體充分溶解，硫酸是過(guò)量的，第②步發(fā)生5MnSO₄+2NaClO₃+4H₂O=5MnO₂+Cl₂↑+Na₂SO₄+4H₂SO₄，第③步中發(fā)生氯氣與熱的NaOH發(fā)生氧化還原反應(yīng)生成NaCl、NaClO₃、水，溶液蒸發(fā)可得到固體．
（1）MnO₂不溶于硫酸，所以加稀硫酸時(shí)樣品中的MnO和MnCO₃分別和硫酸反應(yīng)生成可溶性的MnSO₄，同時(shí)放出二氧化碳，據(jù)此回答；
（2）跟據(jù)加稀硫酸時(shí)樣品中的MnO和MnCO₃分別和硫酸反應(yīng)生成可溶性的MnSO₄來(lái)回答；
（3）第②步發(fā)生5MnSO₄+2NaClO₃+4H₂O=5MnO₂+Cl₂↑+Na₂SO₄+4H₂SO₄；蒸發(fā)操作必需的儀器有鐵架臺(tái)（含鐵圈）、玻璃棒、酒精燈、蒸發(fā)皿；Cl₂通入熱的NaOH溶液中有NaClO₃和NaCl生成；
（4）根據(jù)質(zhì)量守恒和化學(xué)方程式計(jì)算：CO₂的物質(zhì)的量、MnCO₃的物質(zhì)的量以及質(zhì)量，得出MnO的質(zhì)量以及物質(zhì)的量，確定稀硫酸反應(yīng)時(shí)共生成MnSO₄的物質(zhì)的量為0.05mol，根據(jù)方程式5MnSO₄+2NaClO₃+4H₂O=5MnO₂+Cl₂↑+Na₂SO₄+4H₂SO₄，可計(jì)算出需要NaClO₃的物質(zhì)的量．

解答： 解：由制備流程可知，MnO₂不溶于硫酸，樣品中的MnO、MnCO₃和硫酸反應(yīng)生成可溶性的MnSO₄，濾液中含MnSO₄，為保證固體充分溶解，硫酸是過(guò)量的，第②步發(fā)生5MnSO₄+2NaClO₃+4H₂O=5MnO₂+Cl₂↑+Na₂SO₄+4H₂SO₄，第③步中發(fā)生氯氣與熱的NaOH發(fā)生氧化還原反應(yīng)生成NaCl、NaClO₃、水，溶液蒸發(fā)可得到固體．
（1）MnO₂不溶于硫酸，所以加稀硫酸時(shí)樣品中的MnO和MnCO₃分別和硫酸反應(yīng)生成可溶性的MnSO₄，同時(shí)產(chǎn)生二氧化碳，發(fā)生的反應(yīng)為：MnCO₃+H₂SO₄=MnSO₄+H₂O+CO₂↑，
故答案為：MnCO₃+H₂SO₄=MnSO₄+H₂O+CO₂↑；
（2）加稀硫酸時(shí)樣品中的MnO和MnCO₃分別和硫酸反應(yīng)生成可溶性的MnSO₄，為保證固體充分溶解，硫酸是過(guò)量的，第一次過(guò)濾后，所得濾液中含有的主要陽(yáng)離子為
H⁺、Mn²⁺，所得濾渣需要洗滌，判斷濾渣已洗滌干凈，只需檢驗(yàn)最后一次洗滌液中是否含有硫酸根離子即可，方法是：向最后一次洗滌液中加入BaCl₂溶液，無(wú)渾濁，說(shuō)明沉淀已洗滌干凈，故答案為：H⁺、Mn²⁺；向最后一次洗滌液中加入BaCl₂溶液，無(wú)渾濁，說(shuō)明沉淀已洗滌干凈；
（3）MnSO₄要轉(zhuǎn)化為MnO₂，需失去電子，故需要加入NaClO₃做氧化劑，依據(jù)得失電子守恒可以配平，所以反應(yīng)的化學(xué)方程式是：5MnSO₄+2NaClO₃+4H₂O=5MnO₂+Cl₂↑+Na₂SO₄+4H₂SO₄，因此反應(yīng)的離子方程式是：5Mn²⁺+2ClO₃^-+4H₂O=5MnO₂+Cl₂↑+8H⁺，第③屬于蒸發(fā)，所以所需的儀器有鐵架臺(tái)（含鐵圈）、酒精燈、蒸發(fā)皿、玻璃棒；Cl₂通入熱的NaOH溶液中一定發(fā)生氧化還原反應(yīng)，且氯氣既做氧化劑又做還原劑，NaClO₃屬于氧化產(chǎn)物，因此一定有還原產(chǎn)物NaCl，故答案為：4H₂O；8H⁺；
蒸發(fā)皿；NaCl；
（4）由題意知樣品中的MnO和MnCO₃質(zhì)量為12.69g-8.7 g=3.99g．由方程式H₂SO₄+MnCO₃=MnSO₄+H₂O+CO₂↑可知MnCO₃的物質(zhì)的量為0.01mol，質(zhì)量為115g/mol×0.01mol=1.15g，所以MnO的質(zhì)量為3.99g-1.15g=2.84g，其物質(zhì)的量為

2.84g

71g/mol

=0.04mol，因此與稀硫酸反應(yīng)時(shí)共生成MnSO₄的物質(zhì)的量為0.05mol，根據(jù)方程式5MnSO₄+2NaClO₃+4H₂O=5MnO₂+Cl₂↑+Na₂SO₄+4H₂SO₄，可計(jì)算出需要NaClO₃的物質(zhì)的量為0.02mol．故答案為：0.02mol．

點(diǎn)評(píng)：本題通過(guò)MnO₂的提純綜合考查了常見(jiàn)的基本實(shí)驗(yàn)操作、氧化還原方程式的配平、產(chǎn)物的判斷及有關(guān)計(jì)算，綜合性強(qiáng)，難度大．