Question

2．二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．
Ⅰ．用高锰酸钾制备
资料一：（1）3K₂MnO₄+2H₂SO₄═2KMnO₄+MnO₂↓+2K₂SO₄+H₂O
（2）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2KMnO₄$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$K₂MnO₄+MnO₂+O₂↑．其反应类型是分解反应．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：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2H₂O+MnSO₄$\frac{\underline{\;通电\;}}{\;}$H₂↑+H₂SO₄+MnO₂↓，一段时间后溶液的pH将变小（填“变大”、“变小”或“不变”）
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NaAlO₂（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、漏斗和玻璃棒．
（3）MnO₂与碳粉经下列三步反应制得纳米MnO₂：
①2MnO₂+C $\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$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①③（填序号）．
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O₂+2MnCO₃$\frac{\underline{\;一定温度\;}}{\;}$2CO₂+2MnO₂．
（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Mn₂O₃（请写出计算过程）

Answer 1

分析 根据给出的转化关系对应的过程分析每个对应的问题，或者直接分析每个问题，从给出的信息中找对应的信息．

解答 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$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$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$\frac{\underline{\;通电\;}}{\;}$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 $\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2MnO+CO₂↑，有单质参与反应，所以有化合价改变；
②MnO+H₂SO₄═MnSO₄+H₂O，为复分解反应，无化合价改变；
③3MnSO₄+2KMnO₄+2H₂O═5MnO₂↓+K₂SO₄+2H₂SO₄，硫酸锰中的锰元素有+2变化+4价，而高锰酸钾中的锰元素由+7价变为+4价，所以有化合价的改变．
上述涉及元素化合价变化的反应有 ①③．
IV．用碳酸锰制备
（1）实验中观察到澄清石灰水变浑浊，说明生成了二氧化锰和二氧化碳，由于锰元素化合价升高，所以一定有氧化性物质参加反应，应为空气中的氧气，对应的化学方程式 O₂+2MnCO₃$\frac{\underline{\;一定温度\;}}{\;}$2CO₂+2MnO₂．
（2）MnCO₃在空气中加热易转化为锰的不同氧化物，其残留固体质量随温度的变化如图所示．样品100g在图中B点对应固体的质量为68.70g，而过程中锰元素的质量不变，100g碳酸锰中锰元素的质量为100g×$\frac{55}{55+12+16×3}$，则B点物质含氧元素的质量为68.70g-100g×$\frac{55}{55+12+16×3}$，在固体中锰原子和氧原子个数比为$\frac{100g×\frac{55}{55+12+16×3}}{55}$：$\frac{68.70g-100g×\frac{55}{55+12+16×3}}{16}$≈2：3
则固体成分的化学式为Mn₂O₃．
故答案为：
I．用高锰酸钾制备 
  2KMnO₄$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$K₂MnO₄+MnO₂+O₂↑．  分解反应．  使锰酸钾转化得到二氧化锰，获得更多的二氧化锰．
Ⅱ．用硫酸锰制备：2H₂O+MnSO₄$\frac{\underline{\;通电\;}}{\;}$H₂↑+H₂SO₄+MnO₂↓； 变小．
Ⅲ．用废锂电池制备
（1）NaAlO₂；
（2）玻璃棒．
（3）①③．
IV．用碳酸锰制备
（1）O₂+2MnCO₃$\frac{\underline{\;一定温度\;}}{\;}$2CO₂+2MnO₂．
（2）Mn₂O₃．

点评 读图，从中获得解答题目所需的信息，所以在解答题目时先看解答的问题是什么，然后带着问题去读给出的图进而去寻找解答有用的信息，这样提高了信息扑捉的有效性．解答的问题实际上与复杂的转化图相比，其实很简单很基础，或者可以说转化图提供的是情境，考查基本知识．