Question

16．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MnO和MnCO₃（写化学式）转化为可溶性物质．
（2）第②步反应的离子方程式：
□5Mn²⁺+□ClO${\;}_{3}^{-}$+□4H₂O=□MnO₂↓+□Cl₂↑+□8H⁺
（3）第③步蒸发操作必需的仪器有铁架台（含铁圈）、酒精灯、、蒸发皿、玻璃棒，已知蒸发得到的固体中有NaClO₃和NaOH，则一定还有含有NaCl（写化学式）．
（4）若粗MnO₂样品的质量为12.69g，第①步反应后，经过滤得到8.7gMnO₂，并收集到0.224LCO₂（标准状况下），则在第②步反应中至少需要0.02mol NaClO₃．

Answer 1

分析 粗MnO₂（含有较多的MnO₂和MnCO₃）样品加入硫酸，MnO₂不溶于硫酸，所以加稀硫酸时样品中的MnO和MnCO₃分别和硫酸反应生成可溶性的MnSO₄，同时产生二氧化碳，向硫酸锰中加入氯酸钠，反应的离子方程式5Mn²⁺+2ClO₃^-+4H₂O=5MnO₂↓+Cl₂↑+8H⁺，将产生的氯气和热的氢氧化钠溶液反应可以得到氯酸钠的溶液，蒸发浓缩结晶可以得到氯酸钠的固体物质，
（1）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；
（2）依据得失电子守恒和质量守恒可写出离子方程式；
（3）蒸发所需的仪器有铁架台（含铁圈）、酒精灯、蒸发皿、玻璃棒；Cl₂通入热的NaOH溶液中有NaClO₃和NaCl生成；
（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 $\frac{2.84g}{71g/mol}$=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．

解答 解：（1）MnO₂不溶于硫酸，所以加稀硫酸时样品中的MnO和MnCO₃分别和硫酸反应生成可溶性的MnSO₄，所以答案是粗MnO₂样品中的MnO和MnCO₃转化为可溶性物质，
故答案为：MnO和MnCO₃；
（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：5Mn²⁺、2、4H₂O、5、1、8H⁺；
（3）第③属于蒸发，所以所需的仪器有铁架台（含铁圈）、酒精灯、蒸发皿、玻璃棒；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，
故答案为：酒精灯；蒸发皿；玻璃棒；NaCl；
（4）由题意知样品中的MnO和MnCO₃质量为12.69g-8.7 g=3.99g．由方程式H₂SO₄+MnCO₃=MnSO₄+H₂O+CO₂↑可知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 $\frac{2.84g}{71g/mol}$=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．
故答案为：0.02．

点评 本题通过MnO₂的提纯综合考察了常见的基本实验操作、氧化还原方程式的配平、产物的判断及有关计算．