Question

2．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）第②步反應的離子方程式
5Mn²⁺+2ClO₃^-+4H₂O=5MnO₂+1Cl₂↑+8H⁺；當有4.35gMnO₂生成時，轉移電子的數目為0.2N_A個；
（3）第③步蒸發操作必需的儀器有鐵架臺（含鐵圈）、酒精燈、蒸發皿、玻璃棒，已知蒸發得到的固體中有NaClO₃和NaOH，則一定還有含有NaCl（寫化學式）．
（4）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0.224LCO₂（標準狀況下），則在第②步反應中至少需要NaClO₃的質量為2.13g．

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）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）依據得失電子守恒和質量守恒可寫出離子方程式；
（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，依據化學方程式定量關系計算；
（4）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）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，所以粗MnO₂樣品中的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⁺，反應中生成5molMnO₂，電子轉移20mol，當有4.35gMnO₂生成時，二氧化錳物質的量=$\frac{4.35g}{87g/mol}$=0.05mol，轉移電子的數目為0.2mol，電子數為0.2N_A，
故答案為：5Mn²⁺，2，4H₂O，5，1，8H⁺；0.2N_A ；
（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：酒精燈、蒸發皿、玻璃棒；NaCl；
（4）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．質量=0.02mol×106.5g/mol=2.13g，
故答案為：2.13．

點評 本題考查了提純的物質分離的分析應用、實驗過程分析判斷、氧化還原反應和定量計算，掌握基礎是關鍵，題目難度中等．