Question

15．MnO₂是一種重要的無(wú)機(jī)功能材料，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實(shí)驗(yàn)，其流程如圖：

（1）第①步加稀H₂SO₄時(shí)，粗MnO₂樣品中的MnO和MnO₂和MnCO₃（寫(xiě)化學(xué)式）轉(zhuǎn)化為可溶性物質(zhì)．
（2）完成第②步反應(yīng)的離子方程式：
□4H₂O+□ClO₃^-+□Mn²⁺=□MnO₂↓+□Cl₂↑+□8H⁺
（3）過(guò)渡操作必需的玻璃儀器有燒杯、漏斗、玻璃棒，
已知蒸發(fā)得到的固體中有NaClO₃和NaOH，則一定還有含有NaCl（寫(xiě)名稱(chēng)）．
（4）若粗MnO₂樣品的質(zhì)量為25.38g，第①步反應(yīng)后，經(jīng)過(guò)濾得到17.4gMnO₂，并收集到0.448LCO₂（標(biāo)準(zhǔn)狀況下），則在第②步反應(yīng)中至少需要0.04mol NaClO₃．

Answer 1

分析 粗MnO₂（含有較多的MnO₂和MnCO₃）樣品加入硫酸，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，向硫酸錳中加入氯酸鈉，反應(yīng)的離子方程式5Mn²⁺+2ClO₃^-+4H₂O=5MnO₂↓+Cl₂↑+8H⁺，將產(chǎn)生的氯氣和熱的氫氧化鈉溶液反應(yīng)可以得到氯酸鈉的溶液，蒸發(fā)濃縮結(jié)晶可以得到氯酸鈉的固體物質(zhì)．
（1）MnO₂不溶于硫酸，樣品中的MnO和MnCO₃分別和硫酸反應(yīng)生成可溶性的MnSO₄；
（2）依據(jù)得失電子守恒和質(zhì)量守恒可寫(xiě)出離子方程式；
（3）過(guò)濾所需的儀器有燒杯、漏斗、玻璃棒；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5MnSO₄+2NaClO₃+4H₂O=5MnO₂+Cl₂↑+Na₂SO₄+4H₂SO₄，可計(jì)算出需要NaClO₃的物質(zhì)的量．

解答 解：粗MnO₂（含有較多的MnO和MnCO₃）樣品加入硫酸，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，向硫酸錳中加入氯酸鈉，反應(yīng)的離子方程式5Mn²⁺+2ClO₃^-+4H₂O=5MnO₂↓+Cl₂↑+8H⁺，將產(chǎn)生的氯氣和熱的氫氧化鈉溶液反應(yīng)可以得到氯酸鈉的溶液，蒸發(fā)濃縮結(jié)晶可以得到氯酸鈉的固體物質(zhì)．
（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，所以答案是粗MnO₂樣品中的MnO₂和MnCO₃轉(zhuǎn)化為可溶性物質(zhì)，
故答案為：MnO₂和MnCO₃；
（2）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⁺，
故答案為：2、4H₂O、5、5、1、8H⁺；
（3）過(guò)濾所需的儀器有燒杯、漏斗、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：燒杯、漏斗、玻璃棒；NaCl；
（4）由題意知樣品中的MnO和MnCO₃質(zhì)量為25.38g-17.4 g=7.98g，0.448LCO₂的物質(zhì)的量為0.02mol，由方程式H₂SO₄+MnCO₃=MnSO₄+H₂O+CO₂↑可知MnCO₃的物質(zhì)的量為0.02mol，質(zhì)量為115g/mol×0.02mol=2.3g，所以MnO的質(zhì)量為7.98g-2.3g=5.68g，其物質(zhì)的量為$\frac{5.68g}{71g/mol}$=0.08mol，因此與稀硫酸反應(yīng)時(shí)共生成MnSO₄的物質(zhì)的量為0.1mol，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0.04mol，故答案為：0.04．

點(diǎn)評(píng) 本題通過(guò)MnO₂的提純綜合考察了常見(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，為高頻考點(diǎn)，把握流程中發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)及混合物分離方法為解答的關(guān)鍵，側(cè)重分析能力及推斷能力的考查，題目難度中等．