Question

（14分）錳鋅軟磁鐵氧體具有高磁導率、低矯頑力和低功率損耗等性能，已廣泛應用于電子工業。碳酸錳主要用于制備錳鋅軟磁鐵氧體，而制碳酸錳的原料之一是二氧化錳。某化學研究性學習小組擬從廢舊干電池中回收二氧化錳制取碳酸錳。
①將干電池剖切、分選得到黑色混合物（主要成分為MnO₂）洗滌、過濾、烘干。
②將上述固體按固液體積比2:9加入濃鹽酸、加熱，反應完全后過濾、濃縮。
③向上述溶液中加入Na₂CO₃溶液，邊加邊攪拌，再過濾即可得到碳酸錳。
(l)在第②步中，將上述固體與濃鹽酸混合的目的是　　　　　　　　　　　　　　
（2）有人認為，將第③步中的Na₂CO₃溶液換成NH₄HCO₃溶液，也能達到上述目的，但同時有氣體生成。請寫出加入NH₄HCO₃溶液時發生的離子反應方程式　　　　　　　　。
（3）查閱文獻，發現第③步中，除生成MnCO₃外還有可能生成Mn(OH)₂，已知Mn(OH)₂暴露在空氣中時間稍長，易被氧化成褐色的MnO(OH)₂, MnCO₃和MnO(OH)₂受熱最終均分解成MnO₂，該小組對上述沉淀的成分提出以下假設，請幫助完成假設：
假設一：全部為MnCO₃；　假設二：全部為Mn(OH)₂； 假設三：　　　　　　　
為驗證假設二是否正確，該小組進行了以下研究：
①定性研究：請你完成下表中的內容．

實驗步驟（不要求寫出具體步驟）	預期的實驗現象和結論
將所得沉淀過濾、洗滌，

  ②定量研究：將所得沉淀過濾、洗滌，置于空氣中充分氧化后，小心干燥，取22.0g樣品，加熱，測得固體質量隨溫度的變化關系如圖．根據圖中的數據判斷假設三成立，理由是　　　

Answer 1

（1）將MnO₂還原成Mn²⁺（2）Mn²⁺+2HCO₃^- = MnCO₃↓+ CO₂↑+H₂O（3）既有MnCO₃又有Mn(OH)₂
①

實驗步驟（不要求寫出具體步驟）	預期的實驗現象和結論
將沉淀充分暴露于空氣中，觀察顏色	顏色變成褐色，說明含有Mn(OH)2。
取少量沉淀于試管中，加入足量的鹽酸，觀察現象	沒有氣泡生成，說明不含MnCO3。

②300℃以后，質量增加量為MnO氧化為MnO₂ ,計算可得MnCO₃質量為11.5（或MnO(OH)₂的質量為10.5g）,所以既有MnCO₃又有Mn(OH)₂。

試題分析：(l)在第②步中，將含有MnO₂的固體與濃鹽酸混合加熱發生反應：MnO₂+4H⁺ +2Cl^-Mn²⁺+Cl₂↑+2H₂O可以使MnO₂還原轉化為Mn²⁺；（2）根據題意可知：在含有Mn²⁺離子的溶液中加入NH₄HCO₃溶液時發生的離子反應是Mn²⁺+2HCO₃^- = MnCO₃↓+ CO₂↑+H₂O；（2）①將所得沉淀過濾、洗滌將沉淀充分暴露于空氣中，觀察顏色，顏色變成褐色，說明含有Mn(OH)₂；另取少量沉淀于試管中，加入足量的鹽酸，觀察現象，沒有氣泡生成，說明不含MnCO₃。為此證明固體是Mn(OH)₂。②固體質量最小值是15.8g是MnO的質量，在300℃以后，質量增加量為MnO氧化為MnO₂。增加的質量是17.4-15.8=1.6g.所以n(MnO)=1.6g÷16g/mol=0.1mol。在15.8g固體中含有MnO質量為0.1mol× 71g/mol =7.1g.含有MnO₂15.8g－7.1g=8.7g.及含有MnO₂0.1mol。由于Mn(OH)₂暴露在空氣中時間稍長，易被氧化成褐色的MnO(OH)₂,分解得到MnO₂。所以在原固體中含有Mn(OH)₂0.1mol,質量是0.1mol ×105g/mol =10.5g；則原固體中含有MnCO₃質量為22.0g－10. 5g=11.5g。所以原固體中既有MnCO₃又有Mn(OH)₂。