Question

14．MnO₂是一種重要的無機功能材料，粗MnO₂的提純是工業生產的重要環節．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MnO和MnCO₃（寫化學式）轉化為可溶性物質．
（2）完成第②步反應的離子方程式并配平：
□5Mn²⁺+□ClO₃^-+□4H₂O=□MnO₂↓+□Cl₂↑+□8H⁺．
（3）第③步蒸發操作必需的儀器有鐵架臺（含鐵圈）、玻璃棒、蒸發皿、酒精燈．
已知蒸發得到的固體中含有NaClO₃和NaOH，則一定還含有NaCl（寫化學式）．
（4）用濃硫酸來配制本實驗需要的稀硫酸，進行如下操作，其中會使所配溶液濃度偏低的是C
A 用量筒量取濃硫酸倒入小燒杯后，用蒸餾水洗滌量筒并將洗滌液轉移到小燒杯中
B 定容時俯視
C用量筒量取濃硫酸時，讀數時俯視
D容量瓶中有水，未進行干燥
（5）若粗MnO₂樣品的質量為12.69g，第①步反應后，經過濾得到8.7g MnO₂，并收集到0.224L CO₂（標準狀況下），則在第②步反應中至少需要0.02mol NaClO₃．

Answer 1

分析 由制備流程可知，MnO₂不溶于硫酸，樣品中的MnCO₃和硫酸反應生成可溶性的MnSO₄，濾液中含MnSO₄，第②步發生5MnSO₄+2NaClO₃+4H₂O=5MnO₂+Cl₂↑+Na₂SO₄+4H₂SO₄，第③步中發生氯氣與熱的NaOH發生氧化還原反應生成NaCl、NaClO₃、水，溶液蒸發可得到固體．
（1）只有MnO₂不與硫酸反應；
（2）結合電子、電荷守恒分析；
（3）蒸發所需的儀器有鐵架臺（含鐵圈）、酒精燈、蒸發皿、玻璃棒；Cl₂通入熱的NaOH溶液中有NaClO₃和NaCl生成；
（4）由于物質的量濃度的計算公式是c=$\frac{n}{V}$，操作過程中如果使n值偏大則c偏大，否則偏�。蝗绻�使v偏大則c偏小，否則偏大；
（5）根據質量守恒和化學方程式計算，CO₂的物質的量為0.01mol，則MnCO₃的物質的量為0.01mol，質量為115g/mol×0.01mol=1.15g，所以MnO的質量為3.99g-1.15g=2.84g，其物質的量為 $\frac{2.84g}{71g/mol}$=0.04mol，因此與稀硫酸反應時共生成MnSO₄的物質的量為0.05mol，根據方程式5MnSO₄+2NaClO₃+4H₂O=5MnO₂+Cl₂↑+Na₂SO₄+4H₂SO₄，可計算出需要NaClO₃的物質的量為0.02mol．

解答 解：由制備流程可知，MnO₂不溶于硫酸，樣品中的MnCO₃和硫酸反應生成可溶性的MnSO₄，濾液中含MnSO₄，第②步發生5MnSO₄+2NaClO₃+4H₂O=5MnO₂+Cl₂↑+Na₂SO₄+4H₂SO₄，第③步中發生氯氣與熱的NaOH發生氧化還原反應生成NaCl、NaClO₃、水，溶液蒸發可得到固體．
（1）只有MnO₂不與硫酸反應，則MnO和MnCO₃轉化為可溶性物質，
故答案為：MnO和MnCO₃；
（2）MnSO₄要轉化為MnO₂，需失去電子，故需要加入NaClO₃做氧化劑，依據得失電子守恒可以配平，所以反應的化學方程式是：5MnSO₄+2NaClO₃+4H₂O=5MnO₂+Cl₂↑+Na₂SO₄+4H₂SO₄，因此反應的離子方程式是：5Mn²⁺+2ClO₃^-+4H₂O=5MnO₂+Cl₂↑+8H⁺，
故答案為：5Mn²⁺；2；4H₂O；5；1；8H⁺；
（3）第③屬于蒸發，所以所需的儀器有鐵架臺（含鐵圈）、酒精燈、蒸發皿、玻璃棒；Cl₂通入熱的NaOH溶液中一定發生氧化還原反應，且氯氣既做氧化劑又做還原劑，NaClO₃屬于氧化產物，因此一定有還原產物NaCl，
故答案為：蒸發皿；玻璃棒；NaCl；
（4）A．量筒使用錯誤，使用量同時不需要洗滌量筒，若洗滌量筒并將洗滌液倒入燒杯，相當多量取硫酸，n值偏高，c偏高，故A錯誤；
B．定容時俯視液面導致液體的體積偏小，所配制溶液的物質的量濃度偏高，故B錯誤；
C．用量筒量取濃硫酸時，讀數時俯視，導致濃硫酸液體的體積偏小，n值偏小，c偏低，故C正確；
D．容量瓶水洗未干燥，對溶質的物質的量和溶液的體積無影響，所以對配制溶液的物質的量濃度無影響，故D錯誤；
故選C；
（5）由題意知樣品中的MnO和MnCO₃質量為12.69g-8.7 g=3.99g．由方程式H₂SO₄+MnCO₃=MnSO₄+H₂O+CO₂↑可知MnCO₃的物質的量為0.01mol，質量為115g/mol×0.01mol=1.15g，所以MnO的質量為3.99g-1.15g=2.84g，其物質的量為$\frac{2.84g}{71g/mol}$=0.04mol，因此與稀硫酸反應時共生成MnSO₄的物質的量為0.05mol，根據方程式5MnSO₄+2NaClO₃+4H₂O=5MnO₂+Cl₂↑+Na₂SO₄+4H₂SO₄，可計算出需要NaClO₃的物質的量為0.02mol，
故答案為：0.02．

點評 本題考查物質制備實驗方案的設計，為高頻考點，把握流程中發生的化學反應及混合物分離方法為解答的關鍵，側重分析能力及推斷能力的考查，題目難度不大．