Question

MnO₂是一種重要的無機(jī)功能材料，粗MnO₂的提純是工業(yè)生產(chǎn)的重要環(huán)節(jié)．某研究性學(xué)習(xí)小組設(shè)計(jì)了將粗MnO₂（含有較多的MnO和MnCO₃）樣品轉(zhuǎn)化為純MnO₂實(shí)驗(yàn)，其流程如下：

（1）第①步中所用的稀H₂SO₄濃度為20%，用98%的硫酸配制該濃度的硫酸，所需的玻璃儀器除量筒、玻璃棒外，還有

 

．
A、容量瓶B、燒杯C、燒瓶D、錐形瓶
（2）第①步加稀H₂SO₄時(shí)，粗MnO₂樣品中的

 

（寫化學(xué)式）轉(zhuǎn)化為可溶性物質(zhì)．
（3）第②步反應(yīng)的離子方程式：□

 

+□ClO₃^-+□

 

→□MnO₂+□Cl₂↑+□

 

．
（4）第③步蒸發(fā)操作必需的儀器有鐵架臺(tái)（含鐵圈）、酒精燈

 

．
（5）實(shí)驗(yàn)室中NaClO₃ 可由Cl₂ 與熱的NaOH反應(yīng)來制取，反應(yīng)的方程式為：3Cl₂+6NaOH→NaCl+NaClO₃+3H₂O，從混合液中獲得較多的NaClO₃晶體的實(shí)驗(yàn)操作依次為

 

、

 

、過濾洗滌．相關(guān)物質(zhì)的溶解度表見下圖：

溫  度	0℃	20℃	40℃	60℃	80℃
NaCl 溶解度（克/100克水）	35.7	36.0	36.6	37.3	38.4
NaClO3溶解度（克/100克水）	79.6	95.4	115.0	137.0	184.0

（6）若粗MnO₂樣品的質(zhì)量為12.69g，第①步反應(yīng)后，經(jīng)過濾得到8.7g MnO₂，并收集到0.224LCO₂（標(biāo)準(zhǔn)狀況下），則在第②步反應(yīng)中至少需要

 

mol NaClO₃．

Answer 1

考點(diǎn)：制備實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì),物質(zhì)的分離、提純的基本方法選擇與應(yīng)用

專題：實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)題

分析：由制備流程可知，MnO₂不溶于硫酸，樣品中的MnO和MnCO₃分別和硫酸反應(yīng)生成可溶性的MnSO₄，濾液中含MnSO₄，第②步發(fā)生5MnSO₄+2NaClO₃+4H₂O=5MnO₂+Cl₂↑+Na₂SO₄+4H₂SO₄，第③步中發(fā)生氯氣與熱的NaOH發(fā)生氧化還原反應(yīng)生成NaCl、NaClO₃、水，溶液蒸發(fā)可得到固體．
（1）濃溶液配制稀溶液，在燒杯中稀釋；
（2）只有MnO₂不與硫酸反應(yīng)；
（3）結(jié)合電子、電荷守恒分析；
（4）蒸發(fā)操作，需要蒸發(fā)皿、玻璃棒、鐵架臺(tái)等；
（5）混合液中獲得較多的NaClO₃晶體，為可溶性固體與液體的分離；
（6）根據(jù)質(zhì)量守恒和化學(xué)方程式可知，CO₂的物質(zhì)的量為0.01mol，則MnCO₃的物質(zhì)的量為0.01mol，質(zhì)量為115g/mol×0.01mol=1.15g，所以MnO的質(zhì)量為3.99g-1.15g=2.84g，其物質(zhì)的量為

2.84g

71g/mol

=0.04mol，因此與稀硫酸反應(yīng)時(shí)共生成MnSO₄的物質(zhì)的量為0.05mol，根據(jù)方程式5MnSO₄+2NaClO₃+4H₂O=5MnO₂+Cl₂↑+Na₂SO₄+4H₂SO₄，可計(jì)算出需要NaClO₃的物質(zhì)的量．

解答： 解：由制備流程可知，MnO₂不溶于硫酸，樣品中的MnO和MnCO₃分別和硫酸反應(yīng)生成可溶性的MnSO₄，濾液中含MnSO₄，第②步發(fā)生5MnSO₄+2NaClO₃+4H₂O=5MnO₂+Cl₂↑+Na₂SO₄+4H₂SO₄，第③步中發(fā)生氯氣與熱的NaOH發(fā)生氧化還原反應(yīng)生成NaCl、NaClO₃、水，溶液蒸發(fā)可得到固體．
（1）濃溶液配制稀溶液，所需的玻璃儀器除量筒、玻璃棒外，還有燒杯，在燒杯中稀釋，故答案為：B；
（2）只有MnO₂不與硫酸反應(yīng)，則MnO、MnCO₃轉(zhuǎn)化為可溶性物質(zhì)，故答案為：MnO、MnCO₃；
（3）由電子、電荷守恒可知，發(fā)生的離子反應(yīng)為5Mn²⁺+2ClO₃^-+4H₂O=5MnO₂+Cl₂↑+8H⁺，故答案為：5；Mn²⁺；2；4；H₂O；5；1；8；H⁺；
（4）蒸發(fā)操作，需要蒸發(fā)皿、玻璃棒、鐵架臺(tái)、酒精燈等，故答案為：蒸發(fā)皿、玻璃棒；
（5）混合液中獲得較多的NaClO₃晶體，為可溶性固體與液體的分離，需要蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過濾洗滌，故答案為：蒸發(fā)濃縮；冷卻結(jié)晶；
（6）由題意知樣品中的MnO和MnCO₃質(zhì)量為12.69g-8.7 g=3.99g．由方程式H₂SO₄+MnCO₃=MnSO₄+H₂O+CO₂↑可知MnCO₃的物質(zhì)的量為0.01mol，質(zhì)量為115g/mol×0.01mol=1.15g，所以MnO的質(zhì)量為3.99g-1.15g=2.84g，其物質(zhì)的量為

2.84g

71g/mol

=0.04mol，因此與稀硫酸反應(yīng)時(shí)共生成MnSO₄的物質(zhì)的量為0.05mol，根據(jù)方程式5MnSO₄+2NaClO₃+4H₂O=5MnO₂+Cl₂↑+Na₂SO₄+4H₂SO₄，可計(jì)算出需要NaClO₃的物質(zhì)的量為0.02mol，故答案為：0.02．

點(diǎn)評(píng)：本題考查物質(zhì)制備實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)，為高頻考點(diǎn)，把握流程中發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)及混合物分離方法為解答的關(guān)鍵，側(cè)重分析能力及推斷能力的考查，題目難度不大．