Question

11．KMnO₄和MnO₂都是重要化學(xué)物質(zhì)，在實(shí)驗(yàn)室可以做氧化劑和催化劑，某學(xué)習(xí)小組對(duì)兩種物質(zhì)的制備和性質(zhì)探究如下：
I．MnO₂的制備：
該學(xué)習(xí)小組設(shè)計(jì)了將粗MnO₂（含有較多的MnO、MnCO₃和Fe₂O₃）樣品轉(zhuǎn)化為純MnO₂實(shí)驗(yàn)，其工藝流程如圖：

請(qǐng)回答下列問題：
（1）第①步操作中，生成CO₂的化學(xué)方程式為MnCO₃+H₂SO₄=MnSO₄+H₂O+CO₂↑．
（2）第②步操作中，NaClO₃氧化MnSO₄的離子方程式為2ClO₃^-+5Mn²⁺+4H₂O=5MnO₂+Cl₂↑+8H⁺．
（3）第③步操作中，最終得到的固體除NaClO₃外，還一定含有下列物質(zhì)中的ad（填序號(hào)）．
a．NaCl   b．NaClO    c．NaClO₄   d．NaOH
（4）為得到純凈的MnO₂，須將過濾后的MnO₂合并后進(jìn)行洗滌．洗滌沉淀所用的玻璃儀器有：燒杯、漏斗、玻璃棒，判斷是否洗滌干凈可選用的試劑是BaCl₂（填化學(xué)式）．
（5）NaClO₃和MnO₂在一定條件下都可以氧化濃鹽酸制取氯氣，制取等量的氯氣消耗NaClO₃與MnO₂的物質(zhì)的量之比為1：3．
（6）工業(yè)上可以以石墨為電極電解酸化的硫酸錳制取二氧化錳，該過程的陽極反應(yīng)式為Mn²⁺-2e^-+2H₂O=MnO₂+4H⁺．
II．KMnO₄的制備和性質(zhì)：
（7）實(shí)驗(yàn)室由二氧化錳制備高錳酸鉀可分二步進(jìn)行：
第一步：MnO₂與KOH共熔并通入氧氣：2MnO₂+4KOH+O₂=2K₂MnO₄+2H₂O
第二步：通入CO₂，可使K2MnO₄發(fā)生歧化反應(yīng)生成KMnO₄和MnO₂．
第二步完成反應(yīng)時(shí)，轉(zhuǎn)化為KMnO₄的K₂MnO₄占其全部的百分率約為66.7%（精確到0.1%）
（8）該小組同學(xué)為了探究KMnO₄溶液和Na₂C₂O₄溶液的反應(yīng)過程，將酸性KMnO₄溶液逐滴滴入一定體積的Na2C₂O₄溶液中（溫度相同，并不斷振蕩），記錄的現(xiàn)象如表：

起始加入量（mol）			平衡時(shí)
A	B	C	A或C轉(zhuǎn)化率（%）	C的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)（%）	放出或吸收熱量（KJ）
1	1	0	α1	φ1	Q1
0	0	2	α2	φ2	Q2
2	2	0	α2	φ3	Q3

下列說法中錯(cuò)誤的是（　�。�
①請(qǐng)將MnO₄^-氧化C₂O₄^2-的離子方程式補(bǔ)充完整：
2MnO₄^-+C₂O₄^2-+16H⁺=2Mn²⁺+10CO₂↑+8H₂O
②請(qǐng)分析KMnO₄溶液褪色時(shí)間變化的可能原因反應(yīng)生成的Mn²⁺對(duì)反應(yīng)有催化作用，且c（Mn²⁺）濃度大催化效果更好．

Answer 1

分析 I．粗MnO₂（含有較多的MnO、MnCO₃和Fe₂O₃）樣品中加入過量的稀硫酸，由于MnO₂不溶于硫酸，則樣品中的MnO和MnCO₃分別和硫酸反應(yīng)生成可溶性的MnSO₄，過濾得濾液為硫酸錳溶液，加入NaClO₃發(fā)生反應(yīng)為：5Mn²⁺+2ClO₃^-+4H₂O=5MnO₂+Cl₂↑+8H⁺，再過濾得到濾液和二氧化錳固體，而氯氣與熱的氫氧化鈉反應(yīng)生成氯酸鈉方程式為：3Cl₂+6NaOH=NaClO₃+NaCl+3H₂O．
（1）MnO₂不溶于硫酸，MnO和硫酸反應(yīng)生成硫酸錳和水，碳酸錳與硫酸反應(yīng)生成硫酸錳和二氧化碳、和水；
（2）氧化性：ClO₃^-＞Mn²⁺，以NaClO₃為氧化劑，NaClO₃氧化MnSO₄生成氯氣和二氧化錳，根據(jù)得失電子守恒、原子守恒書寫；
（3）第④步操作中NaOH過量，結(jié)合方程式分析；
（4）根據(jù)洗滌沉淀的方法選擇洗滌的儀器，若沉淀沒有洗滌干凈，則濾液中含有硫酸根離子；檢驗(yàn)沉淀是否完全的方法是取上層清液加入氯化鋇溶液檢驗(yàn)硫酸根離子是否存在；
（5）根據(jù)方程式NaClO₃+6HCl（濃）═NaCl+3Cl₂↑+3H₂O、MnO₂+4HCl（濃）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$MnCl₂+Cl₂↑+2H₂O，進(jìn)行計(jì)算；
（6）電解時(shí)，Mn²⁺在陽極失電子生成MnO₂．
II．（7）通入CO₂，可使K2MnO₄發(fā)生歧化反應(yīng)生成KMnO₄和MnO₂，反應(yīng)中MnO₄^2-→MnO₄^-，Mn元素化合價(jià)由+6價(jià)升高為+7，化合價(jià)總共升高1價(jià)，MnO₄^2-→MnO₂，Mn元素化合價(jià)由+6價(jià)降低為+4，化合價(jià)總共降低2價(jià)，化合價(jià)升高最小公倍數(shù)為2，故MnO₄^-系數(shù)為2，MnO₂系數(shù)為1，根據(jù)錳元素守恒可知，轉(zhuǎn)化KMnO₄的MnO₄^2-占$\frac{2}{3}$；
（8）①草酸根離子具有還原性，把MnO₄^-還原為Mn²⁺，根據(jù)化合價(jià)升降方法，反應(yīng)中MnO₄^-→Mn²⁺，錳元素化合價(jià)由+7價(jià)降低為+2價(jià)，共降低5價(jià)，C₂O₄^2-→CO₂，碳元素化合價(jià)由+3價(jià)升高為+4，共升高2價(jià)，化合價(jià)最小公倍數(shù)為10，故MnO₄^-系數(shù)為2，C₂O₄^2-系數(shù)為5，再根據(jù)元素守恒、電荷守恒確定其它物質(zhì)的系數(shù)；
②反應(yīng)中Mn²⁺濃度發(fā)生顯著變化，應(yīng)是反應(yīng)生成的Mn²⁺對(duì)反應(yīng)有催化作用，且c（Mn²⁺）濃度大催化效果更好．

解答 解：I．（1）粗MnO₂（含有較多的MnO、MnCO₃和Fe₂O₃）樣品中加入過量的稀硫酸，由于MnO₂不溶于硫酸，則樣品中的MnO和MnCO₃分別和硫酸反應(yīng)生成可溶性的MnSO₄，反應(yīng)為：MnO+H₂SO₄=MnSO₄+H₂O、MnCO₃+H₂SO₄=MnSO₄+H₂O+CO₂↑，
故答案為：MnCO₃+H₂SO₄=MnSO₄+H₂O+CO₂↑；
（2）NaClO₃氧化MnSO₄生成氯氣和二氧化錳，Cl（+5→0），Mn（+2→+4），最小公倍數(shù)為10，離子反應(yīng)為：2ClO₃^-+5Mn²⁺+4H₂O=5MnO₂+Cl₂↑+8H⁺，
故答案為：2ClO₃^-+5Mn²⁺+4H₂O=5MnO₂+Cl₂↑+8H⁺；
（3）第④步操作中NaOH過量，發(fā)生的反應(yīng)為：3Cl₂+6NaOH=NaClO₃+NaCl+3H₂O，則最終得到的固體除NaClO₃外，還有NaOH和NaCl；
故答案為：ad；
（4）將沉淀放在過濾裝置中的濾紙上，加蒸餾水浸沒沉淀，使水自然流下，重復(fù)2-3次即可，所以需用的玻璃儀器有燒杯、漏斗、玻璃棒，若沉淀沒有洗滌干凈，則濾液中含有硫酸根離子，檢驗(yàn)硫酸根離子選用氯化鋇溶液；檢驗(yàn)沉淀是否完全的方法是取上層清液加入BaCl₂溶液，如果再產(chǎn)生沉淀，說明沉淀沒有洗滌干凈，反之洗凈，
故答案為：燒杯、漏斗、玻璃棒；BaCl₂；
（5）NaClO₃+6HCl（濃）═NaCl+3Cl₂↑+3H₂O、MnO₂+4HCl（濃）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$MnCl₂+Cl₂↑+2H₂O，假設(shè)都生成3mol氯氣時(shí)，需消耗NaClO₃與MnO₂的物質(zhì)的量分別是1mol、3mol，所以制取等量的氯氣消耗NaClO₃與MnO₂的物質(zhì)的量之比為1：3，
故答案為：1：3；
（6）電解時(shí)，Mn²⁺在陽極失電子生成MnO₂，其電極方程式為Mn²⁺-2e^-+2H₂O=MnO₂+4H⁺；
故答案為：Mn²⁺-2e^-+2H₂O=MnO₂+4H⁺．
II．（7）CO₂使MnO₄^2-發(fā)生歧化反應(yīng)，生成MnO₄^-和MnO₂，反應(yīng)的離子方程式為：3MnO₄^2-+2CO₂=2MnO₄^-+MnO₂↓+2CO₃^2-；反應(yīng)中MnO₄^2-→MnO₄^-，Mn元素化合價(jià)由+6價(jià)升高為+7，化合價(jià)總共升高1價(jià)，MnO₄^2-→MnO₂，Mn元素化合價(jià)由+6價(jià)降低為+4，化合價(jià)總共降低2價(jià)，化合價(jià)升高最小公倍數(shù)為2，故MnO₄^-系數(shù)為2，MnO₂系數(shù)為1，根據(jù)錳元素守恒MnO₄^2-系數(shù)為3，所以轉(zhuǎn)化KMnO₄的MnO₄^2-占$\frac{2}{3}$，故K₂MnO₄完全反應(yīng)時(shí)轉(zhuǎn)化為KMnO₄的百分率約$\frac{2}{3}$×100%=66.7%，
故答案為：66.7%；
（8）①反應(yīng)中MnO₄^-→Mn²⁺，錳元素化合價(jià)由+7價(jià)降低為+2價(jià)，共降低5價(jià)，C₂O₄^2-→CO₂，碳元素化合價(jià)由+3價(jià)升高為+4，共升高2價(jià)，化合價(jià)最小公倍數(shù)為10，故MnO₄^-系數(shù)為2，C₂O₄^2-系數(shù)為5，再根據(jù)元素守恒可知Mn²⁺系數(shù)為2、CO₂系數(shù)為10，根據(jù)電荷守恒可知H⁺系數(shù)為16，根據(jù)氫元素守恒可知H₂O系數(shù)為8，配平后離子方程式為2MnO₄^-+5C₂O₄^2-+16H⁺=2Mn²⁺+10CO₂↑+8H₂O，
故答案為：2；5；16H⁺；2；10；8H₂O；
②反應(yīng)中Mn²⁺濃度發(fā)生顯著變化，應(yīng)是反應(yīng)生成的Mn²⁺對(duì)反應(yīng)有催化作用，且c（Mn²⁺）濃度大催化效果更好，
故答案為：反應(yīng)生成的Mn²⁺對(duì)反應(yīng)有催化作用，且c（Mn²⁺）濃度大催化效果更好．

點(diǎn)評(píng) 本題考查物質(zhì)的制備、分離與提純、氧化還原反應(yīng)配平、化學(xué)計(jì)算等，題目難度中等，把握流程中發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)及電解池原理為解答的關(guān)鍵，注意掌握化學(xué)實(shí)驗(yàn)基本操作方法，需要學(xué)生具備一定的理論分析能力和計(jì)算解決問題的能力．