Question

制造干电池的主要原料之一是MnO₂，工业上常用Mn（NO₃）₂和KMnO₄为原料制备MnO₂，其生产原理如下：用软锰矿（含MnO₂和少量的Fe₂O₃、SiO₂）和碳反应制得MnO；再将MnO与稀硝酸反应，反应后经过滤、提纯、浓缩，可制得50%的Mn（NO₃）₂溶液；在一定条件下，把50%的Mn（NO₃）₂溶液滴加到KMnO₄溶液中，发生如下反应：3Mn（NO₃）₂+2KMnO₄+2H₂O═5MnO₂↓+2KNO₃+4HNO₃，反应生成的沉淀经过滤、洗涤、干燥后得到MnO₂．

请回答下列问题：
（1）若将软锰矿和碳反应后的固体产物置于如图1所示的装置甲中，与稀硝酸反应，观察到装置乙中有红棕色气体产生．
①写出甲中产生气体反应的化学方程式

 

．
②反应过程中，要向乙中通入一定量的空气，原因是

 

．
③装置丙试剂瓶中盛放的试剂是

 

．
（2）在制备MnO₂的实验中要向反应混合液中不断滴加氨水，则氨水的作用是

 

．
（3）沉淀经过滤、洗涤、干燥后得到的固体，除主要含有MnO₂外，还可能混有杂质，则该杂质可能是

 

（写化学式）．
（4）有人提出用日光分解KMnO₄溶液的方法可制取MnO₂，反应方程式为：4KMnO₄+2H₂O

光  .

4MnO₂↓+4KOH+3O₂↑，该反应中c（OH^-）随时间的变化曲线如图2所示，分析曲线的变化趋势，你认为形成该变化的原因是

 

．

Answer 1

考点：制备实验方案的设计

专题：实验题,元素及其化合物

分析：（1）软锰矿含有少量的Fe₂O₃，在加热条件下与C反应可生成铁，铁与稀硝酸反应生成NO气体，为便于吸收氮氧化物，应向乙中通入空气，空气中的氧气将NO氧化成NO₂，使气体呈红棕色，丙中应盛NaOH溶液等碱性物质，吸收有毒气体NO₂；
（2）制备MnO₂的实验中生成HNO₃，加入氨水，可以中和硝酸，增大反应物的转化率；
（3）由于在反应中不断加入氨水，则生成MnO₂的同时可能生成Mn（OH）₂；
（4）反应中c（OH^-）在t₁时突然增大，说明反应速率增大，在其它条件不变的情况下，可考虑生成物起到催化剂的作用．

解答： 解：（1）①软锰矿含有少量的Fe₂O₃，在加热条件下与C反应可生成铁，铁与稀硝酸反应生成NO气体，反应的方程式为Fe+4HNO₃（稀）═Fe（NO₃）₃+NO↑+2H₂O，
故答案为：Fe+4HNO₃（稀）═Fe（NO₃）₃+NO↑+2H₂O；
②铁与稀硝酸反应生成NO，NO不能直接排放到空气中，且与水\NaOH溶液等物质不反应，为便于吸收，可通入氧气生成二氧化氮，以防止污染空气，
故答案为：把一氧化氮氧化成二氧化氮，便于尾气吸收充分，防止污染环境；
③丙中应盛放NaOH溶液，可与二氧化氮反应生成硝酸钠、亚硝酸钠，故答案为：NaOH溶液；
（2）制备MnO₂的实验中生成HNO₃，加入氨水，可以中和硝酸，增大反应物的转化率，使原料尽可能多的转化为MnO₂，
故答案为：中和产生的HNO₃，使原料尽可能多的转化为MnO₂；
（3）由于在反应中不断加入氨水，则生成MnO₂的同时，硝酸镁与氨水反应生成Mn（OH）₂，故答案为：Mn（OH）₂；
（4）反应中c（OH^-）在t₁时突然增大，说明反应速率增大，在其它条件不变的情况下，应是生成物MnO₂起到催化剂的作用，
故答案为：反应生成的MnO₂对该反应有催化作用．

点评：本题考查物质的制备，侧重于学生的分析能力、实验能力的考查，为高考常见题型，注意把握实验的原理以及题给信息，为解答该题的关键，难度中等．