Question

9．MnO₂是我們制O₂、Cl₂時(shí)常用的化學(xué)試劑，也是一種重要的無機(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）第②步反應(yīng)的離子方程式：5Mn²⁺+□ClO${\;}_{3}^{-}$+□4H₂O=□MnO₂↓+□Cl₂↑+□8H⁺
（3）第③步蒸發(fā)操作必需的儀器有鐵架臺(tái)（含鐵圈）、玻璃棒、蒸發(fā)皿、酒精燈和坩堝鉗，已知蒸發(fā)得到的固體中有NaClO₃和NaOH，則一定還有含有NaCl（寫化學(xué)式）．
（4）過程中可以循環(huán)利用的物質(zhì)是NaClO₃（寫化學(xué)式）．
（5）MnO₂是堿性鋅錳電池的正極材料，則堿性鋅錳電池放電時(shí)，負(fù)極的電極反應(yīng)是：Zn-2e^-+2OH^-=Zn（OH）₂．
（6）若粗MnO₂樣品的質(zhì)量為42.33g，第①步反應(yīng)后，經(jīng)過濾得到26.1gMnO₂，并收集到672mL CO₂（標(biāo)準(zhǔn)狀況下），則在第②步反應(yīng)中至少需要0.084mol 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）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）Mn元素的化合價(jià)升高，Cl元素的化合價(jià)降低，結(jié)合電子、電荷守恒分析；
（3）蒸發(fā)需要蒸發(fā)皿、玻璃棒、酒精燈等；Cl₂通入熱的NaOH溶液中一定發(fā)生氧化還原反應(yīng)，NaClO₃屬于氧化產(chǎn)物，因此一定有還原產(chǎn)物NaCl；
（4）由工藝流程圖可以看出，循環(huán)利用的是H₂SO₄和NaClO₃；
（5）堿性鋅錳電池放電時(shí)，負(fù)極上Zn失去電子；
（6）CO₂的物質(zhì)的量為$\frac{0.672L}{22.4L/mol}$=0.03mol，則MnCO₃的物質(zhì)的量為0.03mol，質(zhì)量為115g/mol×0.03mol=3.45g，所以MnO的質(zhì)量為42.33g-26.1g-3.45g=12.78g，其物質(zhì)的量為$\frac{12.78g}{71g/mol}$=0.18mol，結(jié)合5MnSO₄+2NaClO₃+4H₂O=5MnO₂+Cl₂↑+Na₂SO₄+4H₂SO₄計(jì)算需要NaClO₃的物質(zhì)的量．

解答 解：（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，所以粗MnO₂樣品中的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）蒸發(fā)需要蒸發(fā)皿、玻璃棒、酒精燈等；Cl₂通入熱的NaOH溶液中一定發(fā)生氧化還原反應(yīng)，NaClO₃屬于氧化產(chǎn)物，因此一定有還原產(chǎn)物NaCl，
故答案為：玻璃棒；蒸發(fā)皿；酒精燈；NaCl；
（4）由工藝流程圖可以看出，循環(huán)利用的是H₂SO₄和NaClO₃，故答案為：NaClO₃；
（5）堿性鋅錳電池放電時(shí)，負(fù)極上Zn失去電子，負(fù)極反應(yīng)為Zn-2e^-+2OH^-=Zn（OH）₂，故答案為：Zn-2e^-+2OH^-=Zn（OH）₂；
（6）CO₂的物質(zhì)的量為$\frac{0.672L}{22.4L/mol}$=0.03mol，則MnCO₃的物質(zhì)的量為0.03mol，質(zhì)量為115g/mol×0.03mol=3.45g，所以MnO的質(zhì)量為42.33g-26.1g-3.45g=12.78g，其物質(zhì)的量為$\frac{12.78g}{71g/mol}$=0.18mol，因此與稀硫酸反應(yīng)時(shí)共生成MnSO₄的物質(zhì)的量為0.18mol+0.03mol=0.21mol，根據(jù)方程式5MnSO₄+2NaClO₃+4H₂O=5MnO₂+Cl₂↑+Na₂SO₄+4H₂SO₄，則需要NaClO₃的物質(zhì)的量為0.21mol×$\frac{2}{5}$=0.084mol，
故答案為：0.084．

點(diǎn)評(píng) 本題考查物質(zhì)的制備實(shí)驗(yàn)，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、計(jì)算能力的考查，綜合性較強(qiáng)，題目難度不大．