Question

（14分）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　　　　　　　　　　　　　　
（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　　　　　　　　。
（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：　　　　　　　
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：请你完成下表中的内容．

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，

  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　　　

Answer 1

（1）将MnO₂还原成Mn²⁺（2）Mn²⁺+2HCO₃^- = MnCO₃↓+ CO₂↑+H₂O（3）既有MnCO₃又有Mn(OH)₂
①

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。

②300℃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。

试题分析：(l)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^-Mn²⁺+Cl₂↑+2H₂O可以使MnO₂还原转化为Mn²⁺；（2）根据题意可知：在含有Mn²⁺离子的溶液中加入NH₄HCO₃溶液时发生的离子反应是Mn²⁺+2HCO₃^- = MnCO₃↓+ CO₂↑+H₂O；（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。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。增加的质量是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MnO₂15.8g－7.1g=8.7g.及含有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。