Question

14．MnO₂是一种重要的无机功能材料，粗MnO₂的提纯是工业生产的重要环节．某研究性学习小组设计了将粗MnO₂（含有较多的MnO和MnCO₃）样品转化为纯MnO₂实验，其流程如下：

（1）第①步加稀H₂SO₄时，粗MnO₂样品中的MnO和MnCO₃（写化学式）转化为可溶性物质．
（2）完成第②步反应的离子方程式并配平：
□5Mn²⁺+□ClO₃^-+□4H₂O=□MnO₂↓+□Cl₂↑+□8H⁺．
（3）第③步蒸发操作必需的仪器有铁架台（含铁圈）、玻璃棒、蒸发皿、酒精灯．
已知蒸发得到的固体中含有NaClO₃和NaOH，则一定还含有NaCl（写化学式）．
（4）用浓硫酸来配制本实验需要的稀硫酸，进行如下操作，其中会使所配溶液浓度偏低的是C
A 用量筒量取浓硫酸倒入小烧杯后，用蒸馏水洗涤量筒并将洗涤液转移到小烧杯中
B 定容时俯视
C用量筒量取浓硫酸时，读数时俯视
D容量瓶中有水，未进行干燥
（5）若粗MnO₂样品的质量为12.69g，第①步反应后，经过滤得到8.7g MnO₂，并收集到0.224L CO₂（标准状况下），则在第②步反应中至少需要0.02mol NaClO₃．

Answer 1

分析 由制备流程可知，MnO₂不溶于硫酸，样品中的MnCO₃和硫酸反应生成可溶性的MnSO₄，滤液中含MnSO₄，第②步发生5MnSO₄+2NaClO₃+4H₂O=5MnO₂+Cl₂↑+Na₂SO₄+4H₂SO₄，第③步中发生氯气与热的NaOH发生氧化还原反应生成NaCl、NaClO₃、水，溶液蒸发可得到固体．
（1）只有MnO₂不与硫酸反应；
（2）结合电子、电荷守恒分析；
（3）蒸发所需的仪器有铁架台（含铁圈）、酒精灯、蒸发皿、玻璃棒；Cl₂通入热的NaOH溶液中有NaClO₃和NaCl生成；
（4）由于物质的量浓度的计算公式是c=$\frac{n}{V}$，操作过程中如果使n值偏大则c偏大，否则偏小；如果使v偏大则c偏小，否则偏大；
（5）根据质量守恒和化学方程式计算，CO₂的物质的量为0.01mol，则MnCO₃的物质的量为0.01mol，质量为115g/mol×0.01mol=1.15g，所以MnO的质量为3.99g-1.15g=2.84g，其物质的量为 $\frac{2.84g}{71g/mol}$=0.04mol，因此与稀硫酸反应时共生成MnSO₄的物质的量为0.05mol，根据方程式5MnSO₄+2NaClO₃+4H₂O=5MnO₂+Cl₂↑+Na₂SO₄+4H₂SO₄，可计算出需要NaClO₃的物质的量为0.02mol．

解答 解：由制备流程可知，MnO₂不溶于硫酸，样品中的MnCO₃和硫酸反应生成可溶性的MnSO₄，滤液中含MnSO₄，第②步发生5MnSO₄+2NaClO₃+4H₂O=5MnO₂+Cl₂↑+Na₂SO₄+4H₂SO₄，第③步中发生氯气与热的NaOH发生氧化还原反应生成NaCl、NaClO₃、水，溶液蒸发可得到固体．
（1）只有MnO₂不与硫酸反应，则MnO和MnCO₃转化为可溶性物质，
故答案为：MnO和MnCO₃；
（2）MnSO₄要转化为MnO₂，需失去电子，故需要加入NaClO₃做氧化剂，依据得失电子守恒可以配平，所以反应的化学方程式是：5MnSO₄+2NaClO₃+4H₂O=5MnO₂+Cl₂↑+Na₂SO₄+4H₂SO₄，因此反应的离子方程式是：5Mn²⁺+2ClO₃^-+4H₂O=5MnO₂+Cl₂↑+8H⁺，
故答案为：5Mn²⁺；2；4H₂O；5；1；8H⁺；
（3）第③属于蒸发，所以所需的仪器有铁架台（含铁圈）、酒精灯、蒸发皿、玻璃棒；Cl₂通入热的NaOH溶液中一定发生氧化还原反应，且氯气既做氧化剂又做还原剂，NaClO₃属于氧化产物，因此一定有还原产物NaCl，
故答案为：蒸发皿；玻璃棒；NaCl；
（4）A．量筒使用错误，使用量同时不需要洗涤量筒，若洗涤量筒并将洗涤液倒入烧杯，相当多量取硫酸，n值偏高，c偏高，故A错误；
B．定容时俯视液面导致液体的体积偏小，所配制溶液的物质的量浓度偏高，故B错误；
C．用量筒量取浓硫酸时，读数时俯视，导致浓硫酸液体的体积偏小，n值偏小，c偏低，故C正确；
D．容量瓶水洗未干燥，对溶质的物质的量和溶液的体积无影响，所以对配制溶液的物质的量浓度无影响，故D错误；
故选C；
（5）由题意知样品中的MnO和MnCO₃质量为12.69g-8.7 g=3.99g．由方程式H₂SO₄+MnCO₃=MnSO₄+H₂O+CO₂↑可知MnCO₃的物质的量为0.01mol，质量为115g/mol×0.01mol=1.15g，所以MnO的质量为3.99g-1.15g=2.84g，其物质的量为$\frac{2.84g}{71g/mol}$=0.04mol，因此与稀硫酸反应时共生成MnSO₄的物质的量为0.05mol，根据方程式5MnSO₄+2NaClO₃+4H₂O=5MnO₂+Cl₂↑+Na₂SO₄+4H₂SO₄，可计算出需要NaClO₃的物质的量为0.02mol，
故答案为：0.02．

点评 本题考查物质制备实验方案的设计，为高频考点，把握流程中发生的化学反应及混合物分离方法为解答的关键，侧重分析能力及推断能力的考查，题目难度不大．