Question

粗MnO₂样品中含有较多的MnO和MnCO₃杂质，如图是提纯MnO₂的一种方案．

（1）写出步骤①中生成CO₂的反应的化学方程式：

 

．
（2）步骤②中反应的离子方程式为：

 

．
（3）溶液B中的溶质有NaCl和X，X可循环用于上述生产，则X为

 

，X与NaCl的物质的量之比为

 

．实际生产流程中，是否需要补充物质X？说明理由：

 

．
（4）电解MnSO₄溶液也可以制取MnO₂，电解时，MnO₂在

 

极上析出，另一个电极上的反应是

 

．
（5）由Mn²⁺制MnO₂的另一种方法是调节MnSO₄溶液pH至6.0，缓慢滴入0.50mol?L^-1 Na₂CO₃溶液，过滤，得滤渣（主要成分为MnCO₃）；滤渣经洗涤、干燥、灼烧，制得较纯的MnO₂．沉淀操作若改为“向0.50mol?L^-1 Na₂CO₃溶液中缓慢滴加Mn²⁺溶液”，则滤渣中会混有较多Mn（OH）₂沉淀，解释其原因：

 

． {已知：Ksp（MnCO₃）=1.8×10^-11，Ksp[Mn（OH）₂]=1.6×10^-13．}．

Answer 1

考点：制备实验方案的设计,难溶电解质的溶解平衡及沉淀转化的本质,电解原理,物质的分离、提纯和除杂

专题：实验题

分析：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，MnCO₃与反应生成二氧化碳，反应②发生MnSO₄+2NaClO₃=MnO₂↓+2ClO₂↑+Na₂SO₄，溶液B中的溶质有NaCl和X，X可循环用于上述生产，则X为NaClO₃，反应③发生6NaOH+6ClO₂=NaCl+5NaClO₃+3H₂O，以此解答（1）～（3）；
（4）电解MnSO₄溶液也可以制取MnO₂，Mn元素的化合价升高，则在阳极上生成，阴极上氢离子得到电子；
（5）改为向0.50mol?L^-1 Na₂CO₃溶液中缓慢滴加Mn²⁺溶液，由Ksp可知，先生成Mn（OH）₂．

解答： 解：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，MnCO₃与反应生成二氧化碳，反应②发生MnSO₄+2NaClO₃=MnO₂↓+2ClO₂↑+Na₂SO₄，溶液B中的溶质有NaCl和X，X可循环用于上述生产，则X为NaClO₃，反应③发生6NaOH+6ClO₂=NaCl+5NaClO₃+3H₂O，
（1）步骤①中生成CO₂的反应的化学方程式为MnCO₃+H₂SO₄═MnSO₄+H₂O+CO₂↑，故答案为：MnCO₃+H₂SO₄═MnSO₄+H₂O+CO₂↑；
（2）步骤②中反应的离子方程式为Mn²⁺+2ClO₃^-=MnO₂↓+2ClO₂↑，故答案为：Mn²⁺+2ClO₃^-=MnO₂↓+2ClO₂↑；
（3）由上述分析可知X为NaClO₃，反应③发生6NaOH+6ClO₂=NaCl+5NaClO₃+3H₂O，则X与NaCl的物质的量之比为5：1，实际生产流程中，需要补充物质X，结合②③中的反应可知，加入6molX最后循环利用的为5mol，反应中有一部分NaClO₃最终转化为NaCl，
故答案为：NaClO₃；5：1；反应中有一部分NaClO₃最终转化为NaCl；
（4）电解MnSO₄溶液也可以制取MnO₂，Mn元素的化合价升高，失去电子被氧化，则在阳极上生成，阴极上氢离子得到电子，阴极反应为2H⁺+2e^-=H₂↑，
故答案为：阳；2H⁺+2e^-=H₂↑；
（5）由Ksp（MnCO₃）=1.8×10^-11，Ksp[Mn（OH）₂]=1.6×10^-13可知，调节MnSO₄溶液pH至6.0，缓慢滴入0.50mol?L^-1 Na₂CO₃溶液，酸性条件下生成MnCO₃，而改为向0.50mol?L^-1 Na₂CO₃溶液中缓慢滴加Mn²⁺溶液，碳酸钠溶液的碱性强，由Ksp可知，先生成Mn（OH）₂，故答案为：碳酸钠溶液的碱性强，先生成Mn（OH）₂．

点评：本题考查以物质的分离提纯流程考查物质的制备实验设计，为高频考点，把握流程中发生的化学反应及化学反应原理为解答的关键，涉及氧化还原反应、电解原理及溶度积的分析与利用等，侧重分析能力、实验能力的综合考查，题目难度中等．