Question

【题目】二氧化锰因在工业生产中应用广泛而备受关注，制备二氧化锰是一项有意义的工作，某研究性小组对此展开了系列研究．
（1）Ⅰ．用高锰酸钾制备 资料一： 3K2MnO4+2H2SO4═2KMnO4+MnO2↓+2K2SO4+H2O
K2MnO4易溶于水
实验室加热高锰酸钾制氧气，反应的化学方程式为 ． 其反应类型是 ． 将反应后的固体剩余物用稀硫酸浸取一段时间后过滤、洗涤、烘干即得MnO2 ， 用稀硫酸而不用水浸取的原因是 ．
（2）Ⅱ．用硫酸锰制备：电解MnSO4溶液可制得活性MnO2 ， 同时生成氢气和硫酸，该反应的化学方程式为 ， 一段时间后溶液的pH将（填“变大”、“变小”或“不变”）
（3）Ⅲ．用废锂电池制备 资料二：2Al+2NaOH+2H2O═2NaAlO2+3H2↑
用废锂电池正极材料（LiMn2O4、碳粉等涂覆在铝箔上）制备纳米MnO2 ， 并进行锂资源回收，流程如下：

请回答下列问题：
（ 1）“滤液”中溶质的主要成分是（填化学式）．
（ 2）在实验室进行“过滤”操作时，需要的玻璃仪器有烧杯、漏斗和 ．
（ 3）MnO2与碳粉经下列三步反应制得纳米MnO2：
①2MnO2+C 2MnO+CO2↑
②MnO+H2SO4═MnSO4+H2O
③3MnSO4+2KMnO4+2H2O═5MnO2↓+K2SO4+2H2SO4
上述涉及元素化合价变化的反应有（填序号）．
（4）IV．用碳酸锰制备 控制一定的温度，焙烧MnCO3制取MnO2的装置如下：

（ 1）实验中观察到澄清石灰水变浑浊，写出石英管中发生反应的化学方程式 ．
（ 2）MnCO3在空气中加热易转化为锰的不同氧化物，其残留固体质量随温度的变化如图所示．图中B点对应固体成分的化学式为（请写出计算过程）

Answer 1

【答案】
（1）2KMnO4 K2MnO4+MnO2+O2↑；分解反应；使锰酸钾转化得到二氧化锰，获得更多的二氧化锰
（2）2H2O+MnSO4 H2↑+H2SO4+MnO2↓；变小
（3）NaAlO2；玻璃棒；①③
（4）MnCO3 CO2↑+MnO2；Mn2O3
【解析】解：Ⅰ．用高锰酸钾制备 实验室加热高锰酸钾制氧气是高锰酸钾在加热的条件下生成锰酸钾和二氧化锰以及氧气，对应的化学方程式为 2KMnO4 K2MnO4+MnO2+O2↑．形式上为一变多，为分解反应．根据信息提示“3K2MnO4+2H2SO4═2KMnO4+MnO2↓+2K2SO4+H2O”，将反应后的固体剩余物（锰酸钾和二氧化锰的混合物）用稀硫酸浸取一段时间后过滤、洗涤、烘干即得MnO2 ， 使锰酸钾转化得到二氧化锰，获得更多的二氧化锰，所以用稀硫酸而不用水浸取．
Ⅱ．用硫酸锰制备：电解MnSO4溶液可制得活性MnO2 ， 同时生成氢气和硫酸，反应物为硫酸锰和水，条件是通电，生成二氧化锰和氢气以及硫酸，对应的化学方程式为 2H2O+MnSO4 H2↑+H2SO4+MnO2↓，由于水越来越少，硫酸越来越多，也就是酸的质量分数变大，所以酸性越来越强，而pH越来越小，所以一段时间后溶液的pH将 变小．
Ⅲ．用废锂电池制备 （1）“滤液”中存在可溶性物质，而废旧锂电池正极材料和氢氧化钠溶液反应，根据信息“2Al+2NaOH+2H2O═2NaAlO2+3H2↑”，可知生成了偏铝酸钠，所以溶质的主要成分是 NaAlO2（还可能有剩余的NaOH，要求书写主要成分的化学式）．（2）在实验室进行“过滤”操作时，需要的玻璃仪器有烧杯、漏斗和 玻璃棒．（3）MnO2与碳粉经下列三步反应制得纳米MnO2：①2MnO2+C 2MnO+CO2↑，有单质参与反应，所以有化合价改变；②MnO+H2SO4═MnSO4+H2O，为复分解反应，无化合价改变；③3MnSO4+2KMnO4+2H2O═5MnO2↓+K2SO4+2H2SO4 ， 硫酸锰中的锰元素有+2变化+4价，而高锰酸钾中的锰元素由+7价变为+4价，所以有化合价的改变．
上述涉及元素化合价变化的反应有 ①③．
IV．用碳酸锰制备（1）实验中观察到澄清石灰水变浑浊，说明生成了二氧化锰和二氧化碳，对应的化学方程式 MnCO3 CO2↑+MnO2 ． （2）MnCO3在空气中加热易转化为锰的不同氧化物，其残留固体质量随温度的变化如图所示．样品100g在图中B点对应固体的质量为68.70g，而过程中锰元素的质量不变，100g碳酸锰中锰元素的质量为100g× ，则B点物质含氧元素的质量为68.70g﹣100g× ，在固体中锰原子和氧原子个数比为 ： ≈2：3
则固体成分的化学式为Mn2O3 ．
所以答案是：I．用高锰酸钾制备
2KMnO4 K2MnO4+MnO2+O2↑． 分解反应． 使锰酸钾转化得到二氧化锰，获得更多的二氧化锰．
Ⅱ．用硫酸锰制备：2H2O+MnSO4 H2↑+H2SO4+MnO2↓； 变小．
Ⅲ．用废锂电池制备（1）NaAlO2；（2）玻璃棒．（3）①③．
IV．用碳酸锰制备（1）MnCO3 CO2↑+MnO2 ． （2）Mn2O3 ．
【考点精析】通过灵活运用过滤操作的注意事项和书写化学方程式、文字表达式、电离方程式，掌握过滤操作注意事项：“一贴”“二低”“三靠；过滤后，滤液仍然浑浊的可能原因有:①承接滤液的烧杯不干净②倾倒液时液面高于滤纸边缘③滤纸破损；注意：a、配平 b、条件 c、箭号即可以解答此题．