Question

1．錳鋅軟磁鐵氧體具有高磁導(dǎo)率、低矯頑力和低功率損耗等性能，已廣泛應(yīng)用于電子工業(yè)．碳酸錳主要用于制備錳鋅軟磁鐵氧體，而制碳酸錳的原料之一是二氧化錳．某化學(xué)研究性學(xué)習(xí)小組擬從廢舊干電池中回收二氧化錳制取碳酸錳．
①將干電池剖切、分選得到黑色混合物（主要成分為MnO₂）洗滌、過(guò)濾、烘干．
②將上述固體按固液體積比2：9加入濃鹽酸、加熱，反應(yīng)完全后過(guò)濾、濃縮．
③向上述溶液中加入Na₂CO₃溶液，邊加邊攪拌，再過(guò)濾即可得到碳酸錳．
（l）在第②步中，將上述固體與濃鹽酸混合的目的是將MnO₂還原成Mn²⁺
（2）有人認(rèn)為，將第③步中的Na₂CO₃溶液換成NH₄HCO₃溶液，也能達(dá)到上述目的，但同時(shí)有氣體生成．請(qǐng)寫出加入NH₄HCO₃溶液時(shí)發(fā)生的離子反應(yīng)方程式Mn²⁺+2HCO₃^-=MnCO₃↓+CO₂↑+H₂O．
（3）查閱文獻(xiàn)，發(fā)現(xiàn)第③步中，除生成MnCO₃外還有可能生成Mn（OH）₂，已知Mn（OH）₂暴露在空氣中時(shí)間稍長(zhǎng)，易被氧化成褐色的MnO（OH）₂，MnCO₃和MnO（OH）₂受熱最終均分解成MnO₂，該小組對(duì)上述沉淀的成分提出以下假設(shè)，請(qǐng)幫助完成假設(shè)：
假設(shè)一：全部為MnCO₃；　　  
假設(shè)二：全部為Mn（OH）₂；
假設(shè)三：既有MnCO₃又有Mn（OH）₂
為驗(yàn)證假設(shè)二是否正確，該小組進(jìn)行了以下研究：
①定性研究：請(qǐng)你完成表中的內(nèi)容．

實(shí)驗(yàn)步驟（不要求寫出具體步驟）	預(yù)期的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和結(jié)論
將所得沉淀過(guò)濾、洗滌， 將沉淀充分暴露于空氣中，觀察顏色	顏色變成褐色，說(shuō)明含有Mn（OH）2
取少量沉淀于試管中，加入足量的鹽酸，觀察現(xiàn)象	沒(méi)有氣泡生成，說(shuō)明不含MnCO3

②定量研究：將所得沉淀過(guò)濾、洗滌，置于空氣中充分氧化后，小心干燥，取22.0g樣品，加熱，測(cè)得固體質(zhì)量隨溫度的變化關(guān)系如圖．根據(jù)圖中的數(shù)據(jù)判斷假設(shè)三成立，理由是300℃以后，質(zhì)量增加量為MnO氧化為MnO₂ ，計(jì)算可得MnCO₃質(zhì)量為11.5（或MnO（OH）₂的質(zhì)量為10.5g），所以既有MnCO₃又有Mn（OH）₂．

Answer 1

分析 （1）在第②步中，將含有MnO₂的固體與濃鹽酸混合加熱發(fā)生反應(yīng)：MnO₂+4H⁺+2Cl^-$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Mn²⁺+Cl₂↑+2H₂O可以使MnO₂還原轉(zhuǎn)化為Mn²⁺；
（2）③步中的Na₂CO₃溶液換成NH₄HCO₃溶液，也能達(dá)到上述目的，但同時(shí)有氣體生成為二氧化碳?xì)怏w；
（3）根據(jù)題目信息可知：沉淀的成分可能全部為MnCO₃，可能全部為Mn（OH）₂，還可能是MnCO₃和Mn（OH）₂；
①根據(jù)Mn（OH）₂暴露在空氣中時(shí)間稍長(zhǎng)，易被氧化成褐色的MnO（OH）₂來(lái)分析有無(wú)Mn（OH）₂；根據(jù)MnCO₃能與鹽酸反應(yīng)放出氣體來(lái)分析有無(wú)MnCO₃；
②固體質(zhì)量最小值是15.8g是MnO的質(zhì)量，在300℃以后，通過(guò)質(zhì)量增加量為MnO氧化為MnO₂，求出MnO的質(zhì)量，進(jìn)而求出含有MnO₂的質(zhì)量；由于Mn（OH）₂暴露在空氣中時(shí)間稍長(zhǎng)，易被氧化成褐色的MnO（OH）₂，分解得到MnO₂，根據(jù)MnO₂的質(zhì)量求出Mn（OH）₂的質(zhì)量，從而求出MnCO₃質(zhì)量；

解答 解：（1）在第②步中，將上述固體與濃鹽酸混合的目的是利用濃鹽酸還原二氧化錳為錳離子；
故答案為：將MnO₂還原成Mn²⁺；
（2）將第③步中的Na₂CO₃溶液換成NH₄HCO₃溶液，也能達(dá)到上述目的，但同時(shí)有氣體生成為二氧化碳?xì)怏w，反應(yīng)的離子方程式為：Mn²⁺+2HCO₃^-=MnCO₃↓+CO₂↑+H₂O；
故答案為：Mn²⁺+2HCO₃^-=MnCO₃↓+CO₂↑+H₂O；
（3）根據(jù)題目信息可知：沉淀的成分可能全部為MnCO₃，可能全部為Mn（OH）₂，還可能是MnCO₃和Mn（OH）₂，所以有三種假設(shè)：假設(shè)一：全部為MnCO₃；假設(shè)二：全部為Mn（OH）₂；假設(shè)三：既有MnCO₃又有Mn（OH）₂；
故答案為：既有MnCO₃又有Mn（OH）₂；
 ①將所得沉淀過(guò)濾、洗滌將沉淀充分暴露于空氣中，觀察顏色，顏色變成褐色，說(shuō)明含有Mn（OH）₂；另取少量沉淀于試管中，加入足量的鹽酸，觀察現(xiàn)象，沒(méi)有氣泡生成，說(shuō)明不含MnCO₃．為此證明固體是Mn（OH）₂；
故答案為：

實(shí)驗(yàn)步驟（不要求寫出具體步驟）	預(yù)期的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和結(jié)論
將沉淀充分暴露于空氣中，觀察顏色	顏色變成褐色，說(shuō)明含有Mn（OH）2
取少量沉淀于試管中，加入足量的鹽酸，觀察現(xiàn)象	沒(méi)有氣泡生成，說(shuō)明不含MnCO3

②固體質(zhì)量最小值是15.8g是MnO的質(zhì)量，在300℃以后，質(zhì)量增加量為MnO氧化為MnO₂．增加的質(zhì)量為17.4-15.8=1.6g．所以n（MnO）=1.6g÷16g/mol=0.1mol，在15.8g固體中含有MnO質(zhì)量為0.1mol×71g/mol=7.1g，含有MnO₂的質(zhì)量為15.8g-7.1g=8.7g，即含有MnO₂0.1mol；由于Mn（OH）₂暴露在空氣中時(shí)間稍長(zhǎng)，易被氧化成褐色的MnO（OH）₂，分解得到MnO₂，所以在原固體中含有Mn（OH）₂0.1mol，質(zhì)量是0.1mol×105g/mol=10.5g；則原固體中含有MnCO₃質(zhì)量為22.0g-10.5g=11.5g；所以原固體中既有MnCO₃又有Mn（OH）₂．300℃以后，質(zhì)量增加量為MnO氧化為MnO₂ ，計(jì)算可得MnCO₃質(zhì)量為11.5（或MnO（OH）₂的質(zhì)量為10.5g），所以既有MnCO₃又有Mn（OH）₂
故答案為：300℃以后，質(zhì)量增加量為MnO氧化為MnO₂ ，計(jì)算可得MnCO₃質(zhì)量為11.5（或MnO（OH）₂的質(zhì)量為10.5g），所以既有MnCO₃又有Mn（OH）₂；

點(diǎn)評(píng) 本題主要考查物質(zhì)的制取、成分的檢驗(yàn)、氧化還原反應(yīng)原理、離子方程式的書寫的知識(shí)，題目綜合性較強(qiáng)，注意題目信息的提取與運(yùn)用，難度較大．