Question

MnO₂是重要無機(jī)材料，某研究性學(xué)習(xí)小組設(shè)計了將粗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

（已知：氧化性強(qiáng)弱順序：ClO₃^-＞MnO₂＞Fe²⁺）
（1）鋁與二氧化錳在高溫下發(fā)生鋁熱反應(yīng)，相關(guān)反應(yīng)的化學(xué)方程式為：

 

．
（2）第②步反應(yīng)離子方程式為：

 

．
（3）第③步蒸發(fā)操作必需的儀器有鐵架臺（含鐵圈）、玻璃棒、

 

、

 

，第③步蒸發(fā)得到的固體中除了NaClO₃和NaOH，還一定含有

 

（寫化學(xué)式）．
（4）MnO₂是堿性鋅錳電池的正極材料，則堿性鋅錳電池放電時，正極的電極反應(yīng)式是

 

．
（5）若粗MnO₂樣品中的質(zhì)量為28.2g，第①步反應(yīng)后，經(jīng)過濾得到17.4g MnO₂，并收集到448mL CO₂（標(biāo)準(zhǔn)狀況下），則在第②步反應(yīng)中至少需要

 

mol NaClO₃才能將Mn²⁺完全轉(zhuǎn)化為MnO₂．

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)計題

分析：粗MnO₂（含有較多的MnO和MnCO₃）樣品中加入過量的稀硫酸，由于MnO₂不溶于硫酸，則樣品中的MnO和MnCO₃分別和硫酸反應(yīng)生成可溶性的MnSO₄，過濾得濾液Ⅰ為硫酸錳溶液，加入NaClO₃發(fā)生反應(yīng)為：5Mn²⁺+2ClO₃^-+4H₂O=5MnO₂+Cl₂↑+8H⁺，再過濾得到濾液Ⅱ和二氧化錳固體，而氯氣與熱的氫氧化鈉反應(yīng)生成氯酸鈉方程式為：3Cl₂+6NaOH=NaClO₃+NaCl+3H₂O，
（1）鋁與二氧化錳在高溫下發(fā)生鋁熱反應(yīng)生成氧化鋁和錳，據(jù)此寫出反應(yīng)的方程式；
（2）依據(jù)得失電子守恒和質(zhì)量守恒可寫出離子方程式；
（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）根據(jù)原電池工作原理判斷正極發(fā)生還原反應(yīng)，然后根據(jù)總反應(yīng)寫出正極的電極反應(yīng)式；
（5）根據(jù)質(zhì)量守恒和化學(xué)方程式計算，CO₂的物質(zhì)的量為0.02mol，則MnCO₃的物質(zhì)的量為0.02mol，質(zhì)量為：115g/mol×0.0：2mol=2.3，所以MnO的質(zhì)量為28.2g-17.4g-2.3g=8.5g，其物質(zhì)的量為 

8.5g

71g/mol

=0.12mol，因此與稀硫酸反應(yīng)時共生成MnSO₄的物質(zhì)的量為0.14mol，根據(jù)方程式5MnSO₄+2NaClO₃+4H₂O=5MnO₂+Cl₂↑+Na₂SO₄+4H₂SO₄，可計算出需要NaClO₃的物質(zhì)的量為0.056mol．

解答： 解：粗MnO₂（含有較多的MnO和MnCO₃）樣品中加入過量的稀硫酸，由于MnO₂不溶于硫酸，則樣品中的MnO和MnCO₃分別和硫酸反應(yīng)生成可溶性的MnSO₄，過濾得濾液Ⅰ為硫酸錳溶液，加入NaClO₃發(fā)生反應(yīng)為：5Mn²⁺+2ClO₃^-+4H₂O=5MnO₂+Cl₂↑+8H⁺，再過濾得到濾液Ⅱ和二氧化錳固體，而氯氣與熱的氫氧化鈉反應(yīng)生成氯酸鈉方程式為：3Cl₂+6NaOH=NaClO₃+NaCl+3H₂O，
（1）鋁與二氧化錳在高溫下發(fā)生鋁熱反應(yīng)，反應(yīng)的化學(xué)方程式為：3MnO₂+4Al

高溫  .

2Al₂O₃+3Mn，
故答案為：3MnO₂+4Al

高溫  .

2Al₂O₃+3Mn；
（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⁺+2ClO₃^-+4H₂O=5MnO₂+Cl₂↑+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：酒精燈；蒸發(fā)皿；NaCl；
（4）原電池中負(fù)極失去電子，正極得到電子，因此堿性鋅錳電池放電時，正極是二氧化錳得到電子，則電極反應(yīng)式為：MnO₂+H₂O+e^-=MnO（OH）+OH^-，
故答案為：MnO₂+H₂O+e^-═MnOOH+OH^-；
（5）生成的CO₂的物質(zhì)的量為：

0.448L

22.4L/mol

=0.02mol，則MnCO₃的物質(zhì)的量為0.02mol，碳酸錳的質(zhì)量為：115g/mol×0.0：2mol=2.3，
混合物中MnO的質(zhì)量為：28.2g-17.4g-2.3g=8.5g，MnO的物質(zhì)的量為：

8.5g

71g/mol

=0.12mol，
因此與稀硫酸反應(yīng)時共生成MnSO₄的物質(zhì)的量為：0.02mol+0.12mol=0.14mol，
根據(jù)方程式5MnSO₄+2NaClO₃+4H₂O=5MnO₂+Cl₂↑+Na₂SO₄+4H₂SO₄，可計算出需要NaClO₃的物質(zhì)的量為：0.14mol×

2

5

=0.056mol，
故答案為：0.056．

點(diǎn)評：本題考查物質(zhì)的分離與提純方法的綜合應(yīng)用，為高頻考點(diǎn)，題目難度中等，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，注意掌握化學(xué)實(shí)驗(yàn)基本操作方法，試題側(cè)重分析能力及推斷能力的考查．