Question

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)，其流程如下：

（1）第①步加稀H₂SO₄時(shí)，粗MnO₂樣品中的

 

（寫(xiě)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⁺+2ClO₃^-+4H₂O=5MnO₂↓+Cl₂↑+8H⁺，請(qǐng)用單線橋法表示電子的轉(zhuǎn)移情況．
（3）第③步蒸發(fā)操作必需的儀器有鐵架臺(tái)（含鐵圈）、酒精燈、

 

、

 

，已知蒸發(fā)得到的固體中有NaClO₃和NaOH，則一定還有含有

 

（寫(xiě)化學(xué)式）．
（4）若粗MnO₂樣品的質(zhì)量為 12.69g，第①步反應(yīng)后，經(jīng)過(guò)濾得到 8.7gMnO₂，并收集到0.224LCO₂（標(biāo)準(zhǔn)狀況下），則在第②步反應(yīng)中至少需要

 

 mol NaClO₃．

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(jì)題

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）反應(yīng)中，Mn失電子，Cl得電子，得電子數(shù)=失電子數(shù)=轉(zhuǎn)移電子數(shù)=10，據(jù)此回答；
（3）蒸發(fā)所需的儀器有鐵架臺(tái)（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)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，以反應(yīng)的化學(xué)方程式是：5MnSO₄+2NaClO₃+4H₂O=5MnO₂+Cl₂↑+Na₂SO₄+4H₂SO₄，反應(yīng)中，Mn失電子，Cl得電子，得電子數(shù)=失電子數(shù)=轉(zhuǎn)移電子數(shù)=10，電子轉(zhuǎn)移為：，故答案為：；
（3）第③屬于蒸發(fā)，所以所需的儀器有鐵架臺(tái)（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）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

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(píng)：本題通過(guò)MnO₂的提純綜合考查了常見(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，難度大．