Question

2．二氧化錳因在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用廣泛而備受關(guān)注，制備二氧化錳是一項有意義的工作，某研究性小組對此展開了系列研究．
Ⅰ．用高錳酸鉀制備
資料一：（1）3K₂MnO₄+2H₂SO₄═2KMnO₄+MnO₂↓+2K₂SO₄+H₂O
（2）K₂MnO₄易溶于水
實(shí)驗室加熱高錳酸鉀制氧氣，反應(yīng)的化學(xué)方程式為2KMnO₄$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$K₂MnO₄+MnO₂+O₂↑．其反應(yīng)類型是分解反應(yīng)．將反應(yīng)后的固體剩余物用稀硫酸浸取一段時間后過濾、洗滌、烘干即得MnO₂，用稀硫酸而不用水浸取的原因是使錳酸鉀轉(zhuǎn)化得到二氧化錳，獲得更多的二氧化錳．
Ⅱ．用硫酸錳制備：電解MnSO₄溶液可制得活性MnO₂，同時生成氫氣和硫酸，該反應(yīng)的化學(xué)方程式為2H₂O+MnSO₄$\frac{\underline{\;通電\;}}{\;}$H₂↑+H₂SO₄+MnO₂↓，一段時間后溶液的pH將變�。ㄌ睢白兇蟆�、“變小”或“不變”）
Ⅲ．用廢鋰電池制備
資料二：2Al+2NaOH+2H₂O═2NaAlO₂+3H₂↑
用廢鋰電池正極材料（LiMn₂O₄、碳粉等涂覆在鋁箔上）制備納米MnO₂，并進(jìn)行鋰資源回收，流程如下：

請回答下列問題：
（1）“濾液”中溶質(zhì)的主要成分是NaAlO₂（填化學(xué)式）．
（2）在實(shí)驗室進(jìn)行“過濾”操作時，需要的玻璃儀器有燒杯、漏斗和玻璃棒．
（3）MnO₂與碳粉經(jīng)下列三步反應(yīng)制得納米MnO₂：
①2MnO₂+C $\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2MnO+CO₂↑
②MnO+H₂SO₄═MnSO₄+H₂O
③3MnSO₄+2KMnO₄+2H₂O═5MnO₂↓+K₂SO₄+2H₂SO₄
上述涉及元素化合價變化的反應(yīng)有①③（填序號）．
IV．用碳酸錳制備
控制一定的溫度，焙燒MnCO₃制取MnO₂的裝置如下：

（1）實(shí)驗中觀察到澄清石灰水變渾濁，寫出石英管中發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式O₂+2MnCO₃$\frac{\underline{\;一定溫度\;}}{\;}$2CO₂+2MnO₂．
（2）MnCO₃在空氣中加熱易轉(zhuǎn)化為錳的不同氧化物，其殘留固體質(zhì)量隨溫度的變化如圖所示．圖中B點(diǎn)對應(yīng)固體成分的化學(xué)式為Mn₂O₃（請寫出計算過程）

Answer 1

分析 根據(jù)給出的轉(zhuǎn)化關(guān)系對應(yīng)的過程分析每個對應(yīng)的問題，或者直接分析每個問題，從給出的信息中找對應(yīng)的信息．

解答 解：
Ⅰ．用高錳酸鉀制備
 實(shí)驗室加熱高錳酸鉀制氧氣是高錳酸鉀在加熱的條件下生成錳酸鉀和二氧化錳以及氧氣，對應(yīng)的化學(xué)方程式為 2KMnO₄$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$K₂MnO₄+MnO₂+O₂↑．形式上為一變多，為分解反應(yīng)．根據(jù)信息提示“3K₂MnO₄+2H₂SO₄═2KMnO₄+MnO₂↓+2K₂SO₄+H₂O”，將反應(yīng)后的固體剩余物（錳酸鉀和二氧化錳的混合物）用稀硫酸浸取一段時間后過濾、洗滌、烘干即得MnO₂，使錳酸鉀轉(zhuǎn)化得到二氧化錳，獲得更多的二氧化錳，所以用稀硫酸而不用水浸�。�
Ⅱ．用硫酸錳制備：電解MnSO₄溶液可制得活性MnO₂，同時生成氫氣和硫酸，反應(yīng)物為硫酸錳和水，條件是通電，生成二氧化錳和氫氣以及硫酸，對應(yīng)的化學(xué)方程式為 2H₂O+MnSO₄$\frac{\underline{\;通電\;}}{\;}$H₂↑+H₂SO₄+MnO₂↓，由于水越來越少，硫酸越來越多，也就是酸的質(zhì)量分?jǐn)?shù)變大，所以酸性越來越強(qiáng)，而pH越來越小，所以一段時間后溶液的pH將 變�。�
Ⅲ．用廢鋰電池制備
 （1）“濾液”中存在可溶性物質(zhì)，而廢舊鋰電池正極材料和氫氧化鈉溶液反應(yīng)，根據(jù)信息“2Al+2NaOH+2H₂O═2NaAlO₂+3H₂↑”，可知生成了偏鋁酸鈉，所以溶質(zhì)的主要成分是 NaAlO₂（還可能有剩余的NaOH，要求書寫主要成分的化學(xué)式）．
（2）在實(shí)驗室進(jìn)行“過濾”操作時，需要的玻璃儀器有燒杯、漏斗和 玻璃棒．
（3）MnO₂與碳粉經(jīng)下列三步反應(yīng)制得納米MnO₂：
①2MnO₂+C $\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2MnO+CO₂↑，有單質(zhì)參與反應(yīng)，所以有化合價改變；
②MnO+H₂SO₄═MnSO₄+H₂O，為復(fù)分解反應(yīng)，無化合價改變；
③3MnSO₄+2KMnO₄+2H₂O═5MnO₂↓+K₂SO₄+2H₂SO₄，硫酸錳中的錳元素有+2變化+4價，而高錳酸鉀中的錳元素由+7價變?yōu)?4價，所以有化合價的改變．
上述涉及元素化合價變化的反應(yīng)有 ①③．
IV．用碳酸錳制備
（1）實(shí)驗中觀察到澄清石灰水變渾濁，說明生成了二氧化錳和二氧化碳，由于錳元素化合價升高，所以一定有氧化性物質(zhì)參加反應(yīng)，應(yīng)為空氣中的氧氣，對應(yīng)的化學(xué)方程式 O₂+2MnCO₃$\frac{\underline{\;一定溫度\;}}{\;}$2CO₂+2MnO₂．
（2）MnCO₃在空氣中加熱易轉(zhuǎn)化為錳的不同氧化物，其殘留固體質(zhì)量隨溫度的變化如圖所示．樣品100g在圖中B點(diǎn)對應(yīng)固體的質(zhì)量為68.70g，而過程中錳元素的質(zhì)量不變，100g碳酸錳中錳元素的質(zhì)量為100g×$\frac{55}{55+12+16×3}$，則B點(diǎn)物質(zhì)含氧元素的質(zhì)量為68.70g-100g×$\frac{55}{55+12+16×3}$，在固體中錳原子和氧原子個數(shù)比為$\frac{100g×\frac{55}{55+12+16×3}}{55}$：$\frac{68.70g-100g×\frac{55}{55+12+16×3}}{16}$≈2：3
則固體成分的化學(xué)式為Mn₂O₃．
故答案為：
I．用高錳酸鉀制備 
  2KMnO₄$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$K₂MnO₄+MnO₂+O₂↑．  分解反應(yīng)．  使錳酸鉀轉(zhuǎn)化得到二氧化錳，獲得更多的二氧化錳．
Ⅱ．用硫酸錳制備：2H₂O+MnSO₄$\frac{\underline{\;通電\;}}{\;}$H₂↑+H₂SO₄+MnO₂↓； 變小．
Ⅲ．用廢鋰電池制備
（1）NaAlO₂；
（2）玻璃棒．
（3）①③．
IV．用碳酸錳制備
（1）O₂+2MnCO₃$\frac{\underline{\;一定溫度\;}}{\;}$2CO₂+2MnO₂．
（2）Mn₂O₃．

點(diǎn)評 讀圖，從中獲得解答題目所需的信息，所以在解答題目時先看解答的問題是什么，然后帶著問題去讀給出的圖進(jìn)而去尋找解答有用的信息，這樣提高了信息撲捉的有效性．解答的問題實(shí)際上與復(fù)雜的轉(zhuǎn)化圖相比，其實(shí)很簡單很基礎(chǔ)，或者可以說轉(zhuǎn)化圖提供的是情境，考查基本知識．