Question

15．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，其流程如图：

（1）第①步加稀H₂SO₄时，粗MnO₂样品中的MnO和MnO₂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：
□4H₂O+□ClO₃^-+□Mn²⁺=□MnO₂↓+□Cl₂↑+□8H⁺
（3）过渡操作必需的玻璃仪器有烧杯、漏斗、玻璃棒，
已知蒸发得到的固体中有NaClO₃和NaOH，则一定还有含有NaCl（写名称）．
（4）若粗MnO₂样品的质量为25.38g，第①步反应后，经过滤得到17.4gMnO₂，并收集到0.448LCO₂（标准状况下），则在第②步反应中至少需要0.04mol NaClO₃．

Answer 1

分析 粗MnO₂（含有较多的MnO₂和MnCO₃）样品加入硫酸，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，同时产生二氧化碳，向硫酸锰中加入氯酸钠，反应的离子方程式5Mn²⁺+2ClO₃^-+4H₂O=5MnO₂↓+Cl₂↑+8H⁺，将产生的氯气和热的氢氧化钠溶液反应可以得到氯酸钠的溶液，蒸发浓缩结晶可以得到氯酸钠的固体物质．
（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）依据得失电子守恒和质量守恒可写出离子方程式；
（3）过滤所需的仪器有烧杯、漏斗、玻璃棒；Cl₂通入热的NaOH溶液中有NaClO₃和NaCl生成；
（4）根据质量守恒和化学方程式计算5MnSO₄+2NaClO₃+4H₂O=5MnO₂+Cl₂↑+Na₂SO₄+4H₂SO₄，可计算出需要NaClO₃的物质的量．

解答 解：粗MnO₂（含有较多的MnO和MnCO₃）样品加入硫酸，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，同时产生二氧化碳，向硫酸锰中加入氯酸钠，反应的离子方程式5Mn²⁺+2ClO₃^-+4H₂O=5MnO₂↓+Cl₂↑+8H⁺，将产生的氯气和热的氢氧化钠溶液反应可以得到氯酸钠的溶液，蒸发浓缩结晶可以得到氯酸钠的固体物质．
（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，所以答案是粗MnO₂样品中的MnO₂和MnCO₃转化为可溶性物质，
故答案为：MnO₂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：2、4H₂O、5、5、1、8H⁺；
（3）过滤所需的仪器有烧杯、漏斗、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：烧杯、漏斗、玻璃棒；NaCl；
（4）由题意知样品中的MnO和MnCO₃质量为25.38g-17.4 g=7.98g，0.448LCO₂的物质的量为0.02mol，由方程式H₂SO₄+MnCO₃=MnSO₄+H₂O+CO₂↑可知MnCO₃的物质的量为0.02mol，质量为115g/mol×0.02mol=2.3g，所以MnO的质量为7.98g-2.3g=5.68g，其物质的量为$\frac{5.68g}{71g/mol}$=0.08mol，因此与稀硫酸反应时共生成MnSO₄的物质的量为0.1mol，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0.04mol，故答案为：0.04．

点评 本题通过MnO₂的提纯综合考察了常见的基本实验操作、氧化还原方程式的配平、产物的判断及有关计算，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，题目难度中等．