Question

【題目】二氧化錳因在工業生產中應用廣泛而備受關注，制備二氧化錳是一項有意義的工作，某研究性小組對此展開了系列研究。

Ⅰ．用高錳酸鉀制備

資料一：(1)3K2MnO4+ 2H2SO4=2KMnO4+MnO2↓+2K2SO4＋2H2O

(2)K2MnO4易溶于水

實驗室加熱高錳酸鉀制氧氣，反應的化學方程式為_____________，其反應類型是_______。將反應后的固體剩余物用稀硫酸浸取一段時間后過濾、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

電解MnSO4溶液可制得活性MnO2，同時生成氫氣和硫酸，該反應的化學方程式為______，一段時間后溶液的pH將_______(填“變大”、“變小”或 “不變”)

Ⅲ．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，并進行鋰資源回收，流程如下：

請回答下列問題：

(1)“濾液”中溶質的主要成分是________ (填化學式)。

(2)在實驗室進行“過濾”操作時，需要的玻璃儀器有燒杯、漏斗和______。

(3)MnO2與碳粉經下列三步反應制得納米MnO2：

① 2MnO2+C2MnO+CO2↑

② MnO+H2SO4=MnSO4+H2O

③ 3MnSO4+2KMnO4+2H2O=5MnO2↓+K2SO4+2H2SO4

上述涉及元素化合價變化的反應有_______(填序號)。

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：

(1)實驗中觀察到澄清石灰水變渾濁，寫出石英管中發生反應的化學方程式___________。

(2)MnCO3在空氣中加熱易轉化為錳的不同氧化物，其殘留固體質量隨溫度的變化如上圖所示。圖中B點對應固體成分的化學式為______(請寫出計算過程)。

Answer 1

【答案】 2KMnO4 K2MnO4+MnO2+O2↑ 分解反應 使錳酸鉀轉化得到二氧化錳，獲得更多的二氧化錳 2H2O+MnSO4通電H2↑+H2SO4+MnO2↓ 變小 NaAlO2 玻璃棒 ①③ MnCO3高溫CO2↑+MnO2 Mn2O3

【解析】Ⅰ、實驗室加熱高錳酸鉀制氧氣是高錳酸鉀在加熱的條件下生成錳酸鉀和二氧化錳以及氧氣，對應的化學方程式為 2KMnO4K2MnO4+MnO2+O2↑；形式上為一變多，為分解反應；根據信息提示“32H2O+MnSO4通電H2↑+H2SO4+MnO2↓”，將反應后的固體剩余物（錳酸鉀和二氧化錳的混合物）用稀硫酸浸取一段時間后過濾、洗滌、烘干即得MnO2，使錳酸鉀轉化得到二氧化錳，獲得更多的二氧化錳，所以用稀硫酸而不用水浸取；Ⅱ、電解MnSO4溶液可制得活性MnO2，同時生成氫氣和硫酸，反應物為硫酸錳和水，條件是通電，生成二氧化錳和氫氣以及硫酸，對應的化學方程式為 2H2O+MnSO4通電H2↑+H2SO4+MnO2↓，由于水越來越少，硫酸越來越多，也就是酸的質量分數變大，所以酸性越來越強，而pH越來越小，所以一段時間后溶液的pH將 變小；Ⅲ、(1)“濾液”中存在可溶性物質，而廢舊鋰電池正極材料和氫氧化鈉溶液反應，根據信息“2Al+2NaOH+2H2O═2NaAlO2+3H2↑”，可知生成了偏鋁酸鈉，所以溶質的主要成分是 NaAlO2（還可能有剩余的NaOH；(2)在實驗室進行“過濾”操作時，需要的玻璃儀器有燒杯、漏斗和 玻璃棒；(3)MnO2與碳粉經下列三步反應制得納米MnO2：單質中元素的化合價為零，化合物中元素的化合價的代數和為零，①MnCO3高溫CO2↑+MnO2，有單質參與反應，所以有化合價改變；②MnO+H2SO4═MnSO4+H2O，為復分解反應，無化合價改變；③3MnSO4+2KMnO4+2H2O═5MnO2↓+K2SO4+2H2SO4，硫酸錳中的錳元素由+2變化+4價，而高錳酸鉀中的錳元素由+7價變為+4價，所以有化合價的改變．上述涉及元素化合價變化的反應有 ①③；IV、(1)實驗中觀察到澄清石灰水變渾濁，說明生成了二氧化錳和二氧化碳，對應的化學方程式 MnCO3高溫CO2↑+MnO2；(2)MnCO3在空氣中加熱易轉化為錳的不同氧化物，其殘留固體質量隨溫度的變化如圖所示．樣品100g在圖中B點對應固體的質量為68.70g，而過程中錳元素的質量不變，100g碳酸錳中錳元素的質量為100g× ，則B點物質含氧元素的質量為68.70g﹣100g×，在固體中錳原子和氧原子個數比為：

≈2：3；則固體成分的化學式為Mn2O3。