Question

MnO₂是一種重要的無機功能材料，粗MnO₂的提純是工業(yè)生產(chǎn)的重要環(huán)節(jié)．某研究性學習小組設計了將粗MnO₂（含有較多的MnO和MnCO₃）樣品轉化為純MnO₂實驗，其流程如下：

（1）第①步加稀H₂SO₄時，粗MnO₂樣品中的

 

（寫化學式）轉化為可溶性物質(zhì)．
（2）第②步反應的離子方程式5Mn²⁺+2ClO₃^-+4H₂O=5MnO₂↓+Cl₂↑+8H⁺，請用單線橋法表示電子的轉移情況．
（3）第③步蒸發(fā)操作必需的儀器有鐵架臺（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

 

（寫化學式）．
（4）若粗MnO₂樣品的質(zhì)量為 12.69g，第①步反應后，經(jīng)過濾得到 8.7gMnO₂，并收集到0.224LCO₂（標準狀況下），則在第②步反應中至少需要

 

 mol NaClO₃．

Answer 1

考點：物質(zhì)分離和提純的方法和基本操作綜合應用

專題：實驗設計題

分析：粗MnO₂（含有較多的MnO₂和MnCO₃）樣品加入硫酸，MnO₂不溶于硫酸，所以加稀硫酸時樣品中的MnO和MnCO₃分別和硫酸反應生成可溶性的MnSO₄，同時產(chǎn)生二氧化碳，向硫酸錳中加入氯酸鈉，反應的離子方程式5Mn²⁺+2ClO₃^-+4H₂O=5MnO₂↓+Cl₂↑+8H⁺，將產(chǎn)生的氯氣和熱的氫氧化鈉溶液反應可以得到氯酸鈉的溶液，蒸發(fā)濃縮結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分別和硫酸反應生成可溶性的MnSO₄；
（2）反應中，Mn失電子，Cl得電子，得電子數(shù)=失電子數(shù)=轉移電子數(shù)=10，據(jù)此回答；
（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)質(zhì)量守恒和化學方程式計算5MnSO₄+2NaClO₃+4H₂O=5MnO₂+Cl₂↑+Na₂SO₄+4H₂SO₄，可計算出需要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，所以加稀硫酸時樣品中的MnO和MnCO₃分別和硫酸反應生成可溶性的MnSO₄，同時產(chǎn)生二氧化碳，向硫酸錳中加入氯酸鈉，反應的離子方程式5Mn²⁺+2ClO₃^-+4H₂O=5MnO₂↓+Cl₂↑+8H⁺，將產(chǎn)生的氯氣和熱的氫氧化鈉溶液反應可以得到氯酸鈉的溶液，蒸發(fā)濃縮結晶可以得到氯酸鈉的固體物質(zhì)．
（1）MnO₂不溶于硫酸，所以加稀硫酸時樣品中的MnO和MnCO₃分別和硫酸反應生成可溶性的MnSO₄，所以答案是粗MnO₂樣品中的MnO₂和MnCO₃轉化為可溶性物質(zhì)，
故答案為：MnO₂和MnCO₃；
（2）MnSO₄要轉化為MnO₂，需失去電子，故需要加入NaClO₃做氧化劑，以反應的化學方程式是：5MnSO₄+2NaClO₃+4H₂O=5MnO₂+Cl₂↑+Na₂SO₄+4H₂SO₄，反應中，Mn失電子，Cl得電子，得電子數(shù)=失電子數(shù)=轉移電子數(shù)=10，電子轉移為：，故答案為：；
（3）第③屬于蒸發(fā)，所以所需的儀器有鐵架臺（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，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)量守恒和化學方程式計算，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，因此與稀硫酸反應時共生成MnSO₄的物質(zhì)的量為0.05mol，根據(jù)方程式5MnSO₄+2NaClO₃+4H₂O=5MnO₂+Cl₂↑+Na₂SO₄+4H₂SO₄，可計算出需要NaClO₃的物質(zhì)的量為0.02mol．
故答案為：0.02．

點評：本題通過MnO₂的提純綜合考查了常見的基本實驗操作、氧化還原方程式的配平、產(chǎn)物的判斷及有關計算，難度大．