Question

粗MnO₂樣品中含有較多的MnO和MnCO₃雜質(zhì)，如圖是提純MnO₂的一種方案．

（1）寫出步驟①中生成CO₂的反應(yīng)的化學(xué)方程式：

 

．
（2）步驟②中反應(yīng)的離子方程式為：

 

．
（3）溶液B中的溶質(zhì)有NaCl和X，X可循環(huán)用于上述生產(chǎn)，則X為

 

，X與NaCl的物質(zhì)的量之比為

 

．實(shí)際生產(chǎn)流程中，是否需要補(bǔ)充物質(zhì)X？說明理由：

 

．
（4）電解MnSO₄溶液也可以制取MnO₂，電解時(shí)，MnO₂在

 

極上析出，另一個(gè)電極上的反應(yīng)是

 

．
（5）由Mn²⁺制MnO₂的另一種方法是調(diào)節(jié)MnSO₄溶液pH至6.0，緩慢滴入0.50mol?L^-1 Na₂CO₃溶液，過濾，得濾渣（主要成分為MnCO₃）；濾渣經(jīng)洗滌、干燥、灼燒，制得較純的MnO₂．沉淀操作若改為“向0.50mol?L^-1 Na₂CO₃溶液中緩慢滴加Mn²⁺溶液”，則濾渣中會混有較多Mn（OH）₂沉淀，解釋其原因：

 

． {已知：Ksp（MnCO₃）=1.8×10^-11，Ksp[Mn（OH）₂]=1.6×10^-13．}．

Answer 1

考點(diǎn)：制備實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì),難溶電解質(zhì)的溶解平衡及沉淀轉(zhuǎn)化的本質(zhì),電解原理,物質(zhì)的分離、提純和除雜

專題：實(shí)驗(yàn)題

分析：MnO₂不溶于硫酸，所以加稀硫酸時(shí)樣品中的MnO和MnCO₃分別和硫酸反應(yīng)生成可溶性的MnSO₄，MnCO₃與反應(yīng)生成二氧化碳，反應(yīng)②發(fā)生MnSO₄+2NaClO₃=MnO₂↓+2ClO₂↑+Na₂SO₄，溶液B中的溶質(zhì)有NaCl和X，X可循環(huán)用于上述生產(chǎn)，則X為NaClO₃，反應(yīng)③發(fā)生6NaOH+6ClO₂=NaCl+5NaClO₃+3H₂O，以此解答（1）～（3）；
（4）電解MnSO₄溶液也可以制取MnO₂，Mn元素的化合價(jià)升高，則在陽極上生成，陰極上氫離子得到電子；
（5）改為向0.50mol?L^-1 Na₂CO₃溶液中緩慢滴加Mn²⁺溶液，由Ksp可知，先生成Mn（OH）₂．

解答： 解：MnO₂不溶于硫酸，所以加稀硫酸時(shí)樣品中的MnO和MnCO₃分別和硫酸反應(yīng)生成可溶性的MnSO₄，MnCO₃與反應(yīng)生成二氧化碳，反應(yīng)②發(fā)生MnSO₄+2NaClO₃=MnO₂↓+2ClO₂↑+Na₂SO₄，溶液B中的溶質(zhì)有NaCl和X，X可循環(huán)用于上述生產(chǎn)，則X為NaClO₃，反應(yīng)③發(fā)生6NaOH+6ClO₂=NaCl+5NaClO₃+3H₂O，
（1）步驟①中生成CO₂的反應(yīng)的化學(xué)方程式為MnCO₃+H₂SO₄═MnSO₄+H₂O+CO₂↑，故答案為：MnCO₃+H₂SO₄═MnSO₄+H₂O+CO₂↑；
（2）步驟②中反應(yīng)的離子方程式為Mn²⁺+2ClO₃^-=MnO₂↓+2ClO₂↑，故答案為：Mn²⁺+2ClO₃^-=MnO₂↓+2ClO₂↑；
（3）由上述分析可知X為NaClO₃，反應(yīng)③發(fā)生6NaOH+6ClO₂=NaCl+5NaClO₃+3H₂O，則X與NaCl的物質(zhì)的量之比為5：1，實(shí)際生產(chǎn)流程中，需要補(bǔ)充物質(zhì)X，結(jié)合②③中的反應(yīng)可知，加入6molX最后循環(huán)利用的為5mol，反應(yīng)中有一部分NaClO₃最終轉(zhuǎn)化為NaCl，
故答案為：NaClO₃；5：1；反應(yīng)中有一部分NaClO₃最終轉(zhuǎn)化為NaCl；
（4）電解MnSO₄溶液也可以制取MnO₂，Mn元素的化合價(jià)升高，失去電子被氧化，則在陽極上生成，陰極上氫離子得到電子，陰極反應(yīng)為2H⁺+2e^-=H₂↑，
故答案為：陽；2H⁺+2e^-=H₂↑；
（5）由Ksp（MnCO₃）=1.8×10^-11，Ksp[Mn（OH）₂]=1.6×10^-13可知，調(diào)節(jié)MnSO₄溶液pH至6.0，緩慢滴入0.50mol?L^-1 Na₂CO₃溶液，酸性條件下生成MnCO₃，而改為向0.50mol?L^-1 Na₂CO₃溶液中緩慢滴加Mn²⁺溶液，碳酸鈉溶液的堿性強(qiáng)，由Ksp可知，先生成Mn（OH）₂，故答案為：碳酸鈉溶液的堿性強(qiáng)，先生成Mn（OH）₂．

點(diǎn)評：本題考查以物質(zhì)的分離提純流程考查物質(zhì)的制備實(shí)驗(yàn)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)及化學(xué)反應(yīng)原理為解答的關(guān)鍵，涉及氧化還原反應(yīng)、電解原理及溶度積的分析與利用等，側(cè)重分析能力、實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ木C合考查，題目難度中等．