Question

9．MnO₂是我们制O₂、Cl₂时常用的化学试剂，也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）第②步反应的离子方程式：5Mn²⁺+□ClO${\;}_{3}^{-}$+□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、酒精灯和坩埚钳，已知蒸发得到的固体中有NaClO₃和NaOH，则一定还有含有NaCl（写化学式）．
（4）过程中可以循环利用的物质是NaClO₃（写化学式）．
（5）MnO₂是碱性锌锰电池的正极材料，则碱性锌锰电池放电时，负极的电极反应是：Zn-2e^-+2OH^-=Zn（OH）₂．
（6）若粗MnO₂样品的质量为42.33g，第①步反应后，经过滤得到26.1gMnO₂，并收集到672mL CO₂（标准状况下），则在第②步反应中至少需要0.084mol 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）MnO₂不溶于硫酸，样品中的MnO和MnCO₃分别和硫酸反应生成可溶性的MnSO₄；
（2）Mn元素的化合价升高，Cl元素的化合价降低，结合电子、电荷守恒分析；
（3）蒸发需要蒸发皿、玻璃棒、酒精灯等；Cl₂通入热的NaOH溶液中一定发生氧化还原反应，NaClO₃属于氧化产物，因此一定有还原产物NaCl；
（4）由工艺流程图可以看出，循环利用的是H₂SO₄和NaClO₃；
（5）碱性锌锰电池放电时，负极上Zn失去电子；
（6）CO₂的物质的量为$\frac{0.672L}{22.4L/mol}$=0.03mol，则MnCO₃的物质的量为0.03mol，质量为115g/mol×0.03mol=3.45g，所以MnO的质量为42.33g-26.1g-3.45g=12.78g，其物质的量为$\frac{12.78g}{71g/mol}$=0.18mol，结合5MnSO₄+2NaClO₃+4H₂O=5MnO₂+Cl₂↑+Na₂SO₄+4H₂SO₄计算需要NaClO₃的物质的量．

解答 解：（1）MnO₂不溶于硫酸，所以加稀硫酸时样品中的MnO和MnCO₃分别和硫酸反应生成可溶性的MnSO₄，所以粗MnO₂样品中的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）蒸发需要蒸发皿、玻璃棒、酒精灯等；Cl₂通入热的NaOH溶液中一定发生氧化还原反应，NaClO₃属于氧化产物，因此一定有还原产物NaCl，
故答案为：玻璃棒；蒸发皿；酒精灯；NaCl；
（4）由工艺流程图可以看出，循环利用的是H₂SO₄和NaClO₃，故答案为：NaClO₃；
（5）碱性锌锰电池放电时，负极上Zn失去电子，负极反应为Zn-2e^-+2OH^-=Zn（OH）₂，故答案为：Zn-2e^-+2OH^-=Zn（OH）₂；
（6）CO₂的物质的量为$\frac{0.672L}{22.4L/mol}$=0.03mol，则MnCO₃的物质的量为0.03mol，质量为115g/mol×0.03mol=3.45g，所以MnO的质量为42.33g-26.1g-3.45g=12.78g，其物质的量为$\frac{12.78g}{71g/mol}$=0.18mol，因此与稀硫酸反应时共生成MnSO₄的物质的量为0.18mol+0.03mol=0.21mol，根据方程式5MnSO₄+2NaClO₃+4H₂O=5MnO₂+Cl₂↑+Na₂SO₄+4H₂SO₄，则需要NaClO₃的物质的量为0.21mol×$\frac{2}{5}$=0.084mol，
故答案为：0.084．

点评 本题考查物质的制备实验，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、计算能力的考查，综合性较强，题目难度不大．