Question

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步中所用的稀H₂SO₄浓度为20%，用98%的硫酸配制该浓度的硫酸，所需的玻璃仪器除量筒、玻璃棒外，还有

 

．
A、容量瓶B、烧杯C、烧瓶D、锥形瓶
（2）第①步加稀H₂SO₄时，粗MnO₂样品中的

 

（写化学式）转化为可溶性物质．
（3）第②步反应的离子方程式：□

 

+□ClO₃^-+□

 

→□MnO₂+□Cl₂↑+□

 

．
（4）第③步蒸发操作必需的仪器有铁架台（含铁圈）、酒精灯

 

．
（5）实验室中NaClO₃ 可由Cl₂ 与热的NaOH反应来制取，反应的方程式为：3Cl₂+6NaOH→NaCl+NaClO₃+3H₂O，从混合液中获得较多的NaClO₃晶体的实验操作依次为

 

、

 

、过滤洗涤．相关物质的溶解度表见下图：

温  度	0℃	20℃	40℃	60℃	80℃
NaCl 溶解度（克/100克水）	35.7	36.0	36.6	37.3	38.4
NaClO3溶解度（克/100克水）	79.6	95.4	115.0	137.0	184.0

（6）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0.224LCO₂（标准状况下），则在第②步反应中至少需要

 

mol NaClO₃．

Answer 1

考点：制备实验方案的设计,物质的分离、提纯的基本方法选择与应用

专题：实验设计题

分析：由制备流程可知，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，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）浓溶液配制稀溶液，在烧杯中稀释；
（2）只有MnO₂不与硫酸反应；
（3）结合电子、电荷守恒分析；
（4）蒸发操作，需要蒸发皿、玻璃棒、铁架台等；
（5）混合液中获得较多的NaClO₃晶体，为可溶性固体与液体的分离；
（6）根据质量守恒和化学方程式可知，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

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．

解答： 解：由制备流程可知，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，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）浓溶液配制稀溶液，所需的玻璃仪器除量筒、玻璃棒外，还有烧杯，在烧杯中稀释，故答案为：B；
（2）只有MnO₂不与硫酸反应，则MnO、MnCO₃转化为可溶性物质，故答案为：MnO、MnCO₃；
（3）由电子、电荷守恒可知，发生的离子反应为5Mn²⁺+2ClO₃^-+4H₂O=5MnO₂+Cl₂↑+8H⁺，故答案为：5；Mn²⁺；2；4；H₂O；5；1；8；H⁺；
（4）蒸发操作，需要蒸发皿、玻璃棒、铁架台、酒精灯等，故答案为：蒸发皿、玻璃棒；
（5）混合液中获得较多的NaClO₃晶体，为可溶性固体与液体的分离，需要蒸发浓缩、冷却结晶、过滤洗涤，故答案为：蒸发浓缩；冷却结晶；
（6）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

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．