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(kāi)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(shí)驗(yàn)室加熱高錳酸鉀制氧氣，反應(yīng)的化學(xué)方程式為_____________，其反應(yīng)類型是_______。將反應(yīng)后的固體剩余物用稀硫酸浸取一段時(shí)間后過(guò)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(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”)

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(jìn)行鋰資源回收，流程如下：

請(qǐng)回答下列問(wèn)題：

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

(2)在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行“過(guò)濾”操作時(shí)，需要的玻璃儀器有燒杯、漏斗和______。

(3)MnO2與碳粉經(jīng)下列三步反應(yīng)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(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：

(1)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___________。

(2)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B點(diǎn)對(duì)應(yīng)固體成分的化學(xué)式為______(請(qǐng)寫出計(jì)算過(guò)程)。

Answer 1

【答案】 2KMnO4 K2MnO4+MnO2+O2↑ 分解反應(yīng) 使錳酸鉀轉(zhuǎn)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(shí)驗(yàn)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(duì)應(yīng)的化學(xué)方程式為 2KMnO4K2MnO4+MnO2+O2↑；形式上為一變多，為分解反應(yīng)；根據(jù)信息提示“32H2O+MnSO4通電H2↑+H2SO4+MnO2↓”，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(guò)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；Ⅱ、電解MnSO4溶液可制得活性MnO2，同時(shí)生成氫氣和硫酸，反應(yīng)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(duì)應(yīng)的化學(xué)方程式為 2H2O+MnSO4通電H2↑+H2SO4+MnO2↓，由于水越來(lái)越少，硫酸越來(lái)越多，也就是酸的質(zhì)量分?jǐn)?shù)變大，所以酸性越來(lái)越強(qiáng)，而pH越來(lái)越小，所以一段時(shí)間后溶液的pH將 變小；Ⅲ、(1)“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（還可能有剩余的NaOH；(2)在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行“過(guò)濾”操作時(shí)，需要的玻璃儀器有燒杯、漏斗和 玻璃棒；(3)MnO2與碳粉經(jīng)下列三步反應(yīng)制得納米MnO2：?jiǎn)钨|(zhì)中元素的化合價(jià)為零，化合物中元素的化合價(jià)的代數(shù)和為零，①MnCO3高溫CO2↑+MnO2，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(wú)化合價(jià)改變；③3MnSO4+2KMnO4+2H2O═5MnO2↓+K2SO4+2H2SO4，硫酸錳中的錳元素由+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．上述涉及元素化合價(jià)變化的反應(yīng)有 ①③；IV、(1)實(shí)驗(yàn)中觀察到澄清石灰水變渾濁，說(shuō)明生成了二氧化錳和二氧化碳，對(duì)應(yīng)的化學(xué)方程式 MnCO3高溫CO2↑+MnO2；(2)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B點(diǎn)對(duì)應(yīng)固體的質(zhì)量為68.70g，而過(guò)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B點(diǎn)物質(zhì)含氧元素的質(zhì)量為68.70g﹣100g×，在固體中錳原子和氧原子個(gè)數(shù)比為：

≈2：3；則固體成分的化學(xué)式為Mn2O3。