Question

17．MnO₂是重要无机材料，某小组设计了将粗MnO₂（含有MnO、MnCO₃和Fe₂O₃等杂质）样品转化为纯MnO₂实验，流程如下：

（已知：氧化性强弱顺序：ClO₃^-＞MnO₂＞Fe³⁺）
（1）铝与二氧化锰在高温下发生置换反应，该反应的化学方程式为2Al+3MnO₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$3Mn+2Al₂O₃．
（2）请配平第②步反应的离子方程式：
5Mn²⁺+2ClO₃^-+4H₂O=5 MnO₂↓+1Cl₂↑+8H⁺
（3）第③步蒸发操作必需的仪器有铁架台（含铁圈）、玻璃棒、酒精灯、蒸发皿；
第③步蒸发得到的固体中除了含有NaClO₃和NaOH外，还一定含有NaCl（写化学式）．
（4）若粗MnO₂样品质量为23.0g，标准状况下，第①步反应收集448mLCO₂气体，则原样品中MnCO₃的质量百分含量为10.0%（MnCO₃相对分子质量为115）．

Answer 1

分析 粗MnO₂（含有较多的MnO、MnCO₃和Fe₂O₃）样品中加入过量的稀硫酸，由于MnO₂不溶于硫酸，则样品中的MnO和MnCO₃分别和硫酸反应生成可溶性的MnSO₄，过滤得滤液为硫酸锰溶液，加入NaClO₃发生反应为：5Mn²⁺+2ClO₃^-+4H₂O=5MnO₂+Cl₂↑+8H⁺，再过滤得到滤液和二氧化锰固体，而氯气与热的氢氧化钠反应生成氯酸钠方程式为：3Cl₂+6NaOH=NaClO₃+NaCl+3H₂O，以此解答该题．

解答 解：粗MnO₂（含有较多的MnO、MnCO₃和Fe₂O₃）样品中加入过量的稀硫酸，由于MnO₂不溶于硫酸，则样品中的MnO和MnCO₃分别和硫酸反应生成可溶性的MnSO₄，过滤得滤液为硫酸锰溶液，加入NaClO₃发生反应为：5Mn²⁺+2ClO₃^-+4H₂O=5MnO₂+Cl₂↑+8H⁺，再过滤得到滤液和二氧化锰固体，而氯气与热的氢氧化钠反应生成氯酸钠方程式为：3Cl₂+6NaOH=NaClO₃+NaCl+3H₂O，
（1）铝与二氧化锰在高温下发生置换反应，生成锰和氧化铝，方程式为2Al+3MnO₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$3Mn+2Al₂O₃，
故答案为：2Al+3MnO₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$3Mn+2Al₂O₃；
（2）MnSO₄要转化为MnO₂，需失去电子，故需要加入NaClO₃做氧化剂，依据得失电子守恒可以配平，所以反应的化学方程式是：5MnSO₄+2NaClO₃+4H₂O=5MnO₂+Cl₂↑+Na₂SO₄+4H₂SO₄，因此反应的离子方程式是：5Mn²⁺+2ClO₃^-+4H₂O=5MnO₂+Cl₂↑+8H⁺，
故答案为：5；2；4；5；1；8；
（3）第③步蒸发操作必需的仪器有铁架台（含铁圈）、玻璃棒、酒精灯、蒸发皿，第④步操作中NaOH过量，发生的反应为：3Cl₂+6NaOH=NaClO₃+NaCl+3H₂O，则最终得到的固体除NaClO₃、NaOH外还含有NaCl，
故答案为：酒精灯、蒸发皿；NaCl；
（4）n（MnCO₃）=（CO₂）=$\frac{0.448L}{22.4L/mol}$=0.02mol，则m（MnCO₃）=0.02mol×115g/mol=2.3g，则原样品中MnCO₃的质量百分含量为$\frac{2.3g}{23g}×100%$=10.0%，
故答案为：10.0%．

点评 本题考查物质的分离与提纯方法的综合应用，题目难度中等，把握流程中发生的化学反应及原电池和电解池原理为解答的关键，注意掌握化学实验基本操作方法，试题侧重分析能力及推断能力的考查．