Question

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的实验，其流程如下：

(1)第①步加稀H₂SO₄时，粗MnO₂样品中的               (写化学式)转化为可溶性物质。

(2)写出滤液a与NaClO₃溶液反应的离子方程式:                  。

(3)第③步蒸发操作必需的仪器有铁架台(含铁圈)、         、          、         ，已知蒸发得到的固体中有NaClO₃和NaOH，则一定还含有             (写化学式)。

(4)该流程中可以循环利用的物质是             和              。

(5)若粗MnO₂样品的质量为13.40g，加入稀H₂SO₄后，经过滤得到8.7g MnO₂，并收集到0.224 L CO₂(标准状况下)，则滤液a与NaClO₃溶液反应时至少需要          mol NaClO₃才能将滤液a中的Mn²⁺完全转化为MnO₂。

Answer

（1）MnCO3；MnO

（2）5Mn2++2ClO3-+4H2O=Cl2↑+5MnO2↓+8H+

（3）蒸发皿；酒精灯；玻璃棒；NaCl

（4）H2SO4、NaClO3

（5）0.024mol

【解析】

试题分析：（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，以反应的化学方程式是：5MnSO4+2NaClO3+4H2O=5MnO2+Cl2↑+Na2SO4+4H2SO4，反应的离子方程式为：5Mn2++2ClO3-+4H2O=Cl2↑+5 MnO2↓+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：蒸发皿、酒精灯、玻璃棒；NaCl；

（4）由工艺流程图可以看出，循环利用的是H2SO4和NaClO3。

（5）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13.40g-8.7g-1.15g=3.55g，其物质的量为3.55g÷71g/mol=0.05mol，因此与稀硫酸反应时共生成MnSO4的物质的量为0.06mol，由反应5MnSO4+2NaClO3+4H2O=5MnO2+Cl2↑+Na2SO4+4H2SO4，需要NaClO3的物质的量为0.06mol×2/5=0.024mol。

考点：考查物质的分离提纯方法选择与应用

【名师点睛】本题通过MnO2的提纯综合考查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，难度大。本题考查混合物分离、提纯的实验方案的设计，为高频考点，把握流程中发生的化学反应及混合物分离方法为解答的关键，侧重分析能力及推断能力的考查，题目难度不大。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。