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

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

(1)實驗室加熱高錳酸鉀制氧氣，反應的化學方程式為_____。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

(2)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”)。

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，并進行鋰資源回收，流程如下:

請回答下列問題:

(3)“濾液”中溶質的主要成分是_________(填化學式)。

(4)在實驗室進行“過濾”操作時，需要的玻璃儀器有燒杯、_______和_________。

(5) MnO2與碳粉經下列三步反應制得納米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:

(6)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

(7) 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A點(300， 75.65)對應固體成分的化學式為____________。

Answer 1

【答案】 2KMnO4△ K2MnO4+MnO2+O2↑ 使錳酸鉀轉化得到二氧化錳，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；根據稀硫酸能與錳酸鉀反應生成二氧化錳解答；(2)根據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)根據題中信息分析解答；(4)根據過濾操作需要用到的儀器解答；(5)根據反應的化學方程式分析解答；(6)根據氧氣與碳酸錳在一定溫度下反應生成二氧化碳和二氧化錳解答；(7)根據圖中信息計算解答。(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，反應的化學方程式為2KMnO4△K2MnO4+MnO2+O2↑；根據信息提示“3K2MnO4+2H2SO4═2KMnO4+MnO2↓+2K2SO4+H2O”，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；；(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，反應的化學方程式為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；(3) 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；(4) 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；(5) MnO2與碳粉經下列三步反應制得納米MnO2：①2MnO2+C2MnO+CO2↑，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，硫酸錳中的錳元素有+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，故選 ①③；(6)氧氣與碳酸錳在一定溫度下反應生成二氧化碳和二氧化錳，反應的化學方程式為O2+2MnCO32CO2+2MnO2；(7) 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A點對應固體的質量為75.65g，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A點物質含氧元素的質量為75.65g-100g×，在固體中錳原子和氧原子個數比為 ： =1：2則固體成分的化學式為MnO2。