Question

（16分）MnO2是重要无机材料，某学习小组设计了将粗MnO2（含有较多的MnO、 MnCO3和Fe2O3，其中Fe2O3质量百分含量为10%）样品转化为纯MnO2实验，其流程如下：

（已知：氧化性强弱顺序： ClO3－ > MnO2 > Fe3+）

（1）铝与二氧化锰在高温下发生铝热反应，相关反应的化学方程式为： 。

（2）第②步反应离子方程式为： 。

（3）第③步蒸发操作必需的仪器有铁架台（含铁圈）、玻璃棒、 、 ；

第③步蒸发得到的固体中除了含有NaClO3和NaOH外，还一定含有 （写化学式）。

（4）MnO2是碱性锌锰电池的正极材料，则碱性锌锰电池放电时，正极的电极反应式是： 。

（5）若粗MnO2样品的质量为28．2g，第①步反应后，经过滤得到17．4g MnO2，并收集到448mL CO2（标准状况下），则在第②步反应中至少需要 mol NaClO3才能将Mn2+完全转化为MnO2。

Answer 1

（1）2Al+ 3MnO23Mn + 2Al2O3 （3分）

（2）5Mn2+ + 2ClO3- +4H2O = 5 MnO2↓ + Cl2↑ + 8H+（3分）

（3）酒精灯 蒸发皿（2分，各1分）NaCl（2分）

（4）MnO2 + e- + H2O = MnO(OH) + OH- 或2MnO2 + 2e- + H2O = Mn2O3 + OH-（3分）

（5）0．04（3分）

【解析】

试题分析：（1）铝与二氧化锰在高温下发生铝热反应，产生氧化铝和锰，反应的化学方程式为：2Al+ 3MnO23Mn + 2Al2O3；（2）粗二氧化锰中含有MnO、 MnCO3和Fe2O3，当加入稀硫酸时，MnO、 MnCO3和Fe2O3会发生反应转化为可溶性的MnSO4、Fe2(SO4)3，将MnO2过滤除去，然后向溶液中加入稀NaClO3溶液， Mn2+被氧化为MnO2，根据电子守恒、原子守恒及电荷守恒可得第②步反应反应离子方程式为：5Mn2+ + 2ClO3- +4H2O = 5 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、酒精灯 蒸发皿；第③步发生的是氧化还原反应，Cl2失去电子被氧化为NaClO3，则被还原得到的是NaCl，因此蒸发得到的固体中除了含有NaClO3和过量的未反应的NaOH外，还一定含有NaCl；（4）MnO2是碱性锌锰电池的正极材料，则碱性锌锰电池放电时，正极上发生还原反应，该电极的电极反应式是MnO2 + e- + H2O = MnO(OH) + OH-；（5）n(CO2)=0．448L÷22．4L/mol=0．02mol；则根据C元素守恒可得n(MnCO3)= n(CO2)= 0．02mol；若剩余的物质完全是MnO,则其物质的量是n(MnO)=(28．2g—17．4g—0．02mol×115g/mol—28．2g×10%)÷71g/mol=0．08mol, 溶液中含有的Mn2+的物质的量是n(Mn2+)= n(MnO)+ n(MnCO3)= 0．08mol+0．02mol=0．1mol则根据方程式5Mn2+ + 2ClO3- +4H2O = 5MnO2↓ + Cl2↑ + 8H+可知消耗NaClO3的物质的量是n(NaClO3)=2/5 n(MnO)= 2/5×0．1mol=0．04mol, 即在第②步反应中至少需要0．04mol mol NaClO3才能将Mn2+完全转化为MnO2。

考点：考查化学反应方程式和离子方程式的书写、混合物分离方法的操作方法及仪器的使用、原电池电极反应式的书写、关于化学反应方程式的计算的知识。