题目内容
【题目】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步加稀H2SO4时,粗MnO2样品中的 __________________(写化学式)转化为可溶性物质。
(2)第②步反应的离子方程式________________________________________。
(3)已知第③步蒸发得到的固体中有NaClO3和NaOH外,还含有一种固体,则第③步反应的离子方程式为______________________________________________________________。
(4)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。
【答案】 MnO、 MnCO3 5Mn2++2ClO3-+4H2O=5MnO2+Cl2↑+8H+ 3Cl2+6OH-=ClO3-+5Cl-+3H2O 0.02mol
【解析】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)只有MnO2不与硫酸反应,则MnO、MnCO3转化为可溶性物质;
(2)第②步是加入的NaClO3氧化溶液中的Mn2+生成MnO2,由电子、电荷守恒可知,发生的离子反应为5Mn2++2ClO3-+4H2O=5MnO2+Cl2↑+8H+;
(3)第③属于蒸发,Cl2通入热的NaOH溶液中一定发生氧化还原反应,且氯气既做氧化剂又做还原剂,NaClO3属于氧化产物,因此一定有还原产物NaCl,则发生反应的离子方程式为3Cl2+6OH-=ClO3-+5Cl-+3H2O;
(4)根据质量守恒和化学方程式计算,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=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。