Question

1．锰锌软磁铁氧体具有高磁导率、低矫顽力和低功率损耗等性能，已广泛应用于电子工业．碳酸锰主要用于制备锰锌软磁铁氧体，而制碳酸锰的原料之一是二氧化锰．某化学研究性学习小组拟从废旧干电池中回收二氧化锰制取碳酸锰．
①将干电池剖切、分选得到黑色混合物（主要成分为MnO₂）洗涤、过滤、烘干．
②将上述固体按固液体积比2：9加入浓盐酸、加热，反应完全后过滤、浓缩．
③向上述溶液中加入Na₂CO₃溶液，边加边搅拌，再过滤即可得到碳酸锰．
（l）在第②步中，将上述固体与浓盐酸混合的目的是将MnO₂还原成Mn²⁺
（2）有人认为，将第③步中的Na₂CO₃溶液换成NH₄HCO₃溶液，也能达到上述目的，但同时有气体生成．请写出加入NH₄HCO₃溶液时发生的离子反应方程式Mn²⁺+2HCO₃^-=MnCO₃↓+CO₂↑+H₂O．
（3）查阅文献，发现第③步中，除生成MnCO₃外还有可能生成Mn（OH）₂，已知Mn（OH）₂暴露在空气中时间稍长，易被氧化成褐色的MnO（OH）₂，MnCO₃和MnO（OH）₂受热最终均分解成MnO₂，该小组对上述沉淀的成分提出以下假设，请帮助完成假设：
假设一：全部为MnCO₃；　　  
假设二：全部为Mn（OH）₂；
假设三：既有MnCO₃又有Mn（OH）₂
为验证假设二是否正确，该小组进行了以下研究：
①定性研究：请你完成表中的内容．

实验步骤（不要求写出具体步骤）	预期的实验现象和结论
将所得沉淀过滤、洗涤， 将沉淀充分暴露于空气中，观察颜色	颜色变成褐色，说明含有Mn（OH）2
取少量沉淀于试管中，加入足量的盐酸，观察现象	没有气泡生成，说明不含MnCO3

②定量研究：将所得沉淀过滤、洗涤，置于空气中充分氧化后，小心干燥，取22.0g样品，加热，测得固体质量随温度的变化关系如图．根据图中的数据判断假设三成立，理由是300℃以后，质量增加量为MnO氧化为MnO₂ ，计算可得MnCO₃质量为11.5（或MnO（OH）₂的质量为10.5g），所以既有MnCO₃又有Mn（OH）₂．

Answer 1

分析 （1）在第②步中，将含有MnO₂的固体与浓盐酸混合加热发生反应：MnO₂+4H⁺+2Cl^-$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Mn²⁺+Cl₂↑+2H₂O可以使MnO₂还原转化为Mn²⁺；
（2）③步中的Na₂CO₃溶液换成NH₄HCO₃溶液，也能达到上述目的，但同时有气体生成为二氧化碳气体；
（3）根据题目信息可知：沉淀的成分可能全部为MnCO₃，可能全部为Mn（OH）₂，还可能是MnCO₃和Mn（OH）₂；
①根据Mn（OH）₂暴露在空气中时间稍长，易被氧化成褐色的MnO（OH）₂来分析有无Mn（OH）₂；根据MnCO₃能与盐酸反应放出气体来分析有无MnCO₃；
②固体质量最小值是15.8g是MnO的质量，在300℃以后，通过质量增加量为MnO氧化为MnO₂，求出MnO的质量，进而求出含有MnO₂的质量；由于Mn（OH）₂暴露在空气中时间稍长，易被氧化成褐色的MnO（OH）₂，分解得到MnO₂，根据MnO₂的质量求出Mn（OH）₂的质量，从而求出MnCO₃质量；

解答 解：（1）在第②步中，将上述固体与浓盐酸混合的目的是利用浓盐酸还原二氧化锰为锰离子；
故答案为：将MnO₂还原成Mn²⁺；
（2）将第③步中的Na₂CO₃溶液换成NH₄HCO₃溶液，也能达到上述目的，但同时有气体生成为二氧化碳气体，反应的离子方程式为：Mn²⁺+2HCO₃^-=MnCO₃↓+CO₂↑+H₂O；
故答案为：Mn²⁺+2HCO₃^-=MnCO₃↓+CO₂↑+H₂O；
（3）根据题目信息可知：沉淀的成分可能全部为MnCO₃，可能全部为Mn（OH）₂，还可能是MnCO₃和Mn（OH）₂，所以有三种假设：假设一：全部为MnCO₃；假设二：全部为Mn（OH）₂；假设三：既有MnCO₃又有Mn（OH）₂；
故答案为：既有MnCO₃又有Mn（OH）₂；
 ①将所得沉淀过滤、洗涤将沉淀充分暴露于空气中，观察颜色，颜色变成褐色，说明含有Mn（OH）₂；另取少量沉淀于试管中，加入足量的盐酸，观察现象，没有气泡生成，说明不含MnCO₃．为此证明固体是Mn（OH）₂；
故答案为：

实验步骤（不要求写出具体步骤）	预期的实验现象和结论
将沉淀充分暴露于空气中，观察颜色	颜色变成褐色，说明含有Mn（OH）2
取少量沉淀于试管中，加入足量的盐酸，观察现象	没有气泡生成，说明不含MnCO3

②固体质量最小值是15.8g是MnO的质量，在300℃以后，质量增加量为MnO氧化为MnO₂．增加的质量为17.4-15.8=1.6g．所以n（MnO）=1.6g÷16g/mol=0.1mol，在15.8g固体中含有MnO质量为0.1mol×71g/mol=7.1g，含有MnO₂的质量为15.8g-7.1g=8.7g，即含有MnO₂0.1mol；由于Mn（OH）₂暴露在空气中时间稍长，易被氧化成褐色的MnO（OH）₂，分解得到MnO₂，所以在原固体中含有Mn（OH）₂0.1mol，质量是0.1mol×105g/mol=10.5g；则原固体中含有MnCO₃质量为22.0g-10.5g=11.5g；所以原固体中既有MnCO₃又有Mn（OH）₂．300℃以后，质量增加量为MnO氧化为MnO₂ ，计算可得MnCO₃质量为11.5（或MnO（OH）₂的质量为10.5g），所以既有MnCO₃又有Mn（OH）₂
故答案为：300℃以后，质量增加量为MnO氧化为MnO₂ ，计算可得MnCO₃质量为11.5（或MnO（OH）₂的质量为10.5g），所以既有MnCO₃又有Mn（OH）₂；

点评 本题主要考查物质的制取、成分的检验、氧化还原反应原理、离子方程式的书写的知识，题目综合性较强，注意题目信息的提取与运用，难度较大．