Question

【题目】二氧化锰因在工业生产中应用广泛而备受关注，制备二氧化锰是一项有意义的工作，某研究性小组对此展开了系列研究。

Ⅰ.用高锰酸钾制备

资料一:3K2MnO4+2H2SO4=2KMnO4+MnO2↓+2K2SO4+2H2O， K2MnO4易溶于水

(1)实验室加热高锰酸钾制氧气，反应的化学方程式为_____。将反应后的固体剩余物用稀硫酸浸取一段时间后过滤、洗涤、烘干即得MnO2。用稀硫酸而不用水浸取的原因是____。

Ⅱ.用硫酸锰制备

(2)电解MnSO4溶液可制得活性MnO2，同时生成氢气和硫酸，该反应的化学方程式为_____，一段时间后溶液的pH将________(填“变大”、“变小”或“不变”)。

Ш.用废锂电池制备

资料二:2Al+2NaOH+2H2O=2NaAlO2+3H2↑

用废锂电池正极材料(LiMn2O4、碳粉等涂覆在铝箔上)制备纳米MnO2，并进行锂资源回收，流程如下:

请回答下列问题:

(3)“滤液”中溶质的主要成分是_________(填化学式)。

(4)在实验室进行“过滤”操作时，需要的玻璃仪器有烧杯、_______和_________。

(5) MnO2与碳粉经下列三步反应制得纳米MnO2:

① ②MnO+H2SO4=MnSO4+H2O

③3MnSO4+2KMnO4+2H2O=5MnO2↓+K2SO4+2H2SO4

上述涉及元素化合价变化的反应有___________(填序号)。

IV.用碳酸锰制备

控制一定的温度，焙烧MnCO3制取MnO2的装置如下:

(6)实验中观察到澄清石灰水变浑浊，写出石英管中发生反应的化学方程式

(7) MnCO3在空气中加热易转化为锰的不同氧化物，其残留固体质量随温度的变化如上图所示。图中A点(300， 75.65)对应固体成分的化学式为____________。

Answer 1

【答案】 2KMnO4△ K2MnO4+MnO2+O2↑ 使锰酸钾转化得到二氧化锰，获得更多的二氧化锰； 变小 NaAlO2 漏斗和玻璃棒 ①③ MnO2

【解析】(1) 根据高锰酸钾在加热的条件下分解生成锰酸钾、二氧化锰和氧气解答；根据稀硫酸能与锰酸钾反应生成二氧化锰解答；(2)根据硫酸锰溶液在通电的条件下分解生成氢气、硫酸和二氧化锰解答；(3)根据题中信息分析解答；(4)根据过滤操作需要用到的仪器解答；(5)根据反应的化学方程式分析解答；(6)根据氧气与碳酸锰在一定温度下反应生成二氧化碳和二氧化锰解答；(7)根据图中信息计算解答。(1)高锰酸钾在加热的条件下分解生成锰酸钾、二氧化锰和氧气，反应的化学方程式为2KMnO4△K2MnO4+MnO2+O2↑；根据信息提示“3K2MnO4+2H2SO4═2KMnO4+MnO2↓+2K2SO4+H2O”，将反应后的固体剩余物（锰酸钾和二氧化锰的混合物）用稀硫酸浸取一段时间后过滤、洗涤、烘干即得MnO2，使锰酸钾转化得到二氧化锰，获得更多的二氧化锰，所以用稀硫酸而不用水浸取；；(2)硫酸锰溶液在通电的条件下分解生成氢气、硫酸和二氧化锰，反应的化学方程式为2H2O+MnSO4H2↑+H2SO4+MnO2↓，由于水越来越少，硫酸越来越多，也就是酸的质量分数变大，所以酸性越来越强，而pH越来越小，所以一段时间后溶液的pH将 变小；(3) 滤液中存在可溶性物质，而废旧锂电池正极材料和氢氧化钠溶液反应，根据信息“2Al+2NaOH+2H2O═2NaAlO2+3H2↑”，可知生成了偏铝酸钠，所以溶质的主要成分是 NaAlO2；(4) 在实验室进行“过滤”操作时，需要的玻璃仪器有烧杯、漏斗和 玻璃棒；(5) MnO2与碳粉经下列三步反应制得纳米MnO2：①2MnO2+C2MnO+CO2↑，有单质参与反应，所以有化合价改变；②MnO+H2SO4═MnSO4+H2O，为复分解反应，无化合价改变；③3MnSO4+2KMnO4+2H2O═5MnO2↓+K2SO4+2H2SO4，硫酸锰中的锰元素有+2变化+4价，而高锰酸钾中的锰元素由+7价变为+4价，所以有化合价的改变，故选 ①③；(6)氧气与碳酸锰在一定温度下反应生成二氧化碳和二氧化锰，反应的化学方程式为O2+2MnCO32CO2+2MnO2；(7) MnCO3在空气中加热易转化为锰的不同氧化物，其残留固体质量随温度的变化如图所示，样品100g在图中A点对应固体的质量为75.65g，而过程中锰元素的质量不变，100g碳酸锰中锰元素的质量为100g×，则A点物质含氧元素的质量为75.65g-100g×，在固体中锰原子和氧原子个数比为 ： =1：2则固体成分的化学式为MnO2。