Question

【題目】二氧化錳因在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用廣泛而備受關(guān)注，制備二氧化錳是一項(xiàng)有意義的工作，某研究性小組對(duì)此展開了系列研究。

Ⅰ.用高錳酸鉀制備

資料一:3K2MnO4+2H2SO4=2KMnO4+MnO2↓+2K2SO4+2H2O， K2MnO4易溶于水

(1)實(shí)驗(yàn)室加熱高錳酸鉀制氧氣，反應(yīng)的化學(xué)方程式為_____。將反應(yīng)后的固體剩余物用稀硫酸浸取一段時(shí)間后過濾、洗滌、烘干即得MnO2。用稀硫酸而不用水浸取的原因是____。

Ⅱ.用硫酸錳制備

(2)電解MnSO4溶液可制得活性MnO2，同時(shí)生成氫氣和硫酸，該反應(yīng)的化學(xué)方程式為_____，一段時(shí)間后溶液的pH將________(填“變大”、“變小”或“不變”)。

Ш.用廢鋰電池制備

資料二:2Al+2NaOH+2H2O=2NaAlO2+3H2↑

用廢鋰電池正極材料(LiMn2O4、碳粉等涂覆在鋁箔上)制備納米MnO2，并進(jìn)行鋰資源回收，流程如下:

請(qǐng)回答下列問題:

(3)“濾液”中溶質(zhì)的主要成分是_________(填化學(xué)式)。

(4)在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行“過濾”操作時(shí)，需要的玻璃儀器有燒杯、_______和_________。

(5) MnO2與碳粉經(jīng)下列三步反應(yīng)制得納米MnO2:

① ②MnO+H2SO4=MnSO4+H2O

③3MnSO4+2KMnO4+2H2O=5MnO2↓+K2SO4+2H2SO4

上述涉及元素化合價(jià)變化的反應(yīng)有___________(填序號(hào))。

IV.用碳酸錳制備

控制一定的溫度，焙燒MnCO3制取MnO2的裝置如下:

(6)實(shí)驗(yàn)中觀察到澄清石灰水變渾濁，寫出石英管中發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式

(7) MnCO3在空氣中加熱易轉(zhuǎn)化為錳的不同氧化物，其殘留固體質(zhì)量隨溫度的變化如上圖所示。圖中A點(diǎn)(300， 75.65)對(duì)應(yīng)固體成分的化學(xué)式為____________。

Answer 1

【答案】 2KMnO4△ K2MnO4+MnO2+O2↑ 使錳酸鉀轉(zhuǎn)化得到二氧化錳，獲得更多的二氧化錳； 變小 NaAlO2 漏斗和玻璃棒 ①③ MnO2

【解析】(1) 根據(jù)高錳酸鉀在加熱的條件下分解生成錳酸鉀、二氧化錳和氧氣解答；根據(jù)稀硫酸能與錳酸鉀反應(yīng)生成二氧化錳解答；(2)根據(jù)硫酸錳溶液在通電的條件下分解生成氫氣、硫酸和二氧化錳解答；(3)根據(jù)題中信息分析解答；(4)根據(jù)過濾操作需要用到的儀器解答；(5)根據(jù)反應(yīng)的化學(xué)方程式分析解答；(6)根據(jù)氧氣與碳酸錳在一定溫度下反應(yīng)生成二氧化碳和二氧化錳解答；(7)根據(jù)圖中信息計(jì)算解答。(1)高錳酸鉀在加熱的條件下分解生成錳酸鉀、二氧化錳和氧氣，反應(yīng)的化學(xué)方程式為2KMnO4△K2MnO4+MnO2+O2↑；根據(jù)信息提示“3K2MnO4+2H2SO4═2KMnO4+MnO2↓+2K2SO4+H2O”，將反應(yīng)后的固體剩余物（錳酸鉀和二氧化錳的混合物）用稀硫酸浸取一段時(shí)間后過濾、洗滌、烘干即得MnO2，使錳酸鉀轉(zhuǎn)化得到二氧化錳，獲得更多的二氧化錳，所以用稀硫酸而不用水浸取；；(2)硫酸錳溶液在通電的條件下分解生成氫氣、硫酸和二氧化錳，反應(yīng)的化學(xué)方程式為2H2O+MnSO4H2↑+H2SO4+MnO2↓，由于水越來越少，硫酸越來越多，也就是酸的質(zhì)量分?jǐn)?shù)變大，所以酸性越來越強(qiáng)，而pH越來越小，所以一段時(shí)間后溶液的pH將 變小；(3) 濾液中存在可溶性物質(zhì)，而廢舊鋰電池正極材料和氫氧化鈉溶液反應(yīng)，根據(jù)信息“2Al+2NaOH+2H2O═2NaAlO2+3H2↑”，可知生成了偏鋁酸鈉，所以溶質(zhì)的主要成分是 NaAlO2；(4) 在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行“過濾”操作時(shí)，需要的玻璃儀器有燒杯、漏斗和 玻璃棒；(5) MnO2與碳粉經(jīng)下列三步反應(yīng)制得納米MnO2：①2MnO2+C2MnO+CO2↑，有單質(zhì)參與反應(yīng)，所以有化合價(jià)改變；②MnO+H2SO4═MnSO4+H2O，為復(fù)分解反應(yīng)，無化合價(jià)改變；③3MnSO4+2KMnO4+2H2O═5MnO2↓+K2SO4+2H2SO4，硫酸錳中的錳元素有+2變化+4價(jià)，而高錳酸鉀中的錳元素由+7價(jià)變?yōu)?/span>+4價(jià)，所以有化合價(jià)的改變，故選 ①③；(6)氧氣與碳酸錳在一定溫度下反應(yīng)生成二氧化碳和二氧化錳，反應(yīng)的化學(xué)方程式為O2+2MnCO32CO2+2MnO2；(7) MnCO3在空氣中加熱易轉(zhuǎn)化為錳的不同氧化物，其殘留固體質(zhì)量隨溫度的變化如圖所示，樣品100g在圖中A點(diǎn)對(duì)應(yīng)固體的質(zhì)量為75.65g，而過程中錳元素的質(zhì)量不變，100g碳酸錳中錳元素的質(zhì)量為100g×，則A點(diǎn)物質(zhì)含氧元素的質(zhì)量為75.65g-100g×，在固體中錳原子和氧原子個(gè)數(shù)比為 ： =1：2則固體成分的化學(xué)式為MnO2。