Question

14．MnO₂是一種重要的無機(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)，其流程如下：

（1）第①步加稀H₂SO₄時(shí)，粗MnO₂樣品中的MnO和MnCO₃（寫化學(xué)式）轉(zhuǎn)化為可溶性物質(zhì)．
（2）完成第②步反應(yīng)的離子方程式并配平：
□5Mn²⁺+□ClO₃^-+□4H₂O=□MnO₂↓+□Cl₂↑+□8H⁺．
（3）第③步蒸發(fā)操作必需的儀器有鐵架臺（含鐵圈）、玻璃棒、蒸發(fā)皿、酒精燈．
已知蒸發(fā)得到的固體中含有NaClO₃和NaOH，則一定還含有NaCl（寫化學(xué)式）．
（4）用濃硫酸來配制本實(shí)驗(yàn)需要的稀硫酸，進(jìn)行如下操作，其中會使所配溶液濃度偏低的是C
A 用量筒量取濃硫酸倒入小燒杯后，用蒸餾水洗滌量筒并將洗滌液轉(zhuǎn)移到小燒杯中
B 定容時(shí)俯視
C用量筒量取濃硫酸時(shí)，讀數(shù)時(shí)俯視
D容量瓶中有水，未進(jìn)行干燥
（5）若粗MnO₂樣品的質(zhì)量為12.69g，第①步反應(yīng)后，經(jīng)過濾得到8.7g MnO₂，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0.02mol NaClO₃．

Answer 1

分析 由制備流程可知，MnO₂不溶于硫酸，樣品中的MnCO₃和硫酸反應(yīng)生成可溶性的MnSO₄，濾液中含MnSO₄，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）只有MnO₂不與硫酸反應(yīng)；
（2）結(jié)合電子、電荷守恒分析；
（3）蒸發(fā)所需的儀器有鐵架臺（含鐵圈）、酒精燈、蒸發(fā)皿、玻璃棒；Cl₂通入熱的NaOH溶液中有NaClO₃和NaCl生成；
（4）由于物質(zhì)的量濃度的計(jì)算公式是c=$\frac{n}{V}$，操作過程中如果使n值偏大則c偏大，否則偏�。蝗绻�使v偏大則c偏小，否則偏大；
（5）根據(jù)質(zhì)量守恒和化學(xué)方程式計(jì)算，CO₂的物質(zhì)的量為0.01mol，則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 $\frac{2.84g}{71g/mol}$=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．

解答 解：由制備流程可知，MnO₂不溶于硫酸，樣品中的MnCO₃和硫酸反應(yīng)生成可溶性的MnSO₄，濾液中含MnSO₄，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）只有MnO₂不與硫酸反應(yīng)，則MnO和MnCO₃轉(zhuǎn)化為可溶性物質(zhì)，
故答案為：MnO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：5Mn²⁺；2；4H₂O；5；1；8H⁺；
（3）第③屬于蒸發(fā)，所以所需的儀器有鐵架臺（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：蒸發(fā)皿；玻璃棒；NaCl；
（4）A．量筒使用錯(cuò)誤，使用量同時(shí)不需要洗滌量筒，若洗滌量筒并將洗滌液倒入燒杯，相當(dāng)多量取硫酸，n值偏高，c偏高，故A錯(cuò)誤；
B．定容時(shí)俯視液面導(dǎo)致液體的體積偏小，所配制溶液的物質(zhì)的量濃度偏高，故B錯(cuò)誤；
C．用量筒量取濃硫酸時(shí)，讀數(shù)時(shí)俯視，導(dǎo)致濃硫酸液體的體積偏小，n值偏小，c偏低，故C正確；
D．容量瓶水洗未干燥，對溶質(zhì)的物質(zhì)的量和溶液的體積無影響，所以對配制溶液的物質(zhì)的量濃度無影響，故D錯(cuò)誤；
故選C；
（5）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$\frac{2.84g}{71g/mol}$=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：0.02．

點(diǎn)評 本題考查物質(zhì)制備實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)，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，題目難度不大．