Question

【题目】二氧化锰因在工业生产中应用广泛而备受关注，制备二氧化锰是一项有意义的工作，某研究性小组对此展开了系列研究。

Ⅰ．用高锰酸钾制备

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

(2)K2MnO4易溶于水

实验室加热高锰酸钾制氧气，反应的化学方程式为_____________，其反应类型是_______。将反应后的固体剩余物用稀硫酸浸取一段时间后过滤、洗涤、烘干即得MnO2。用稀硫酸而不用水浸取的原因是____________。

Ⅱ．用硫酸锰制备

电解MnSO4溶液可制得活性MnO2，同时生成氢气和硫酸，该反应的化学方程式为______，一段时间后溶液的pH将_______(填“变大”、“变小”或 “不变”)

Ⅲ．用废锂电池制备

资料二：2Al+2NaOH+2H2O=2NaAlO2+3H2↑

用废锂电池正极材料(LiMn2O4、碳粉等涂覆在铝箔上)制备纳米MnO2，并进行锂资源回收，流程如下：

请回答下列问题：

(1)“滤液”中溶质的主要成分是________ (填化学式)。

(2)在实验室进行“过滤”操作时，需要的玻璃仪器有烧杯、漏斗和______。

(3)MnO2与碳粉经下列三步反应制得纳米MnO2：

① 2MnO2+C2MnO+CO2↑

② MnO+H2SO4=MnSO4+H2O

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

上述涉及元素化合价变化的反应有_______(填序号)。

IV．用碳酸锰制备

控制一定的温度，焙烧MnCO3制取MnO2的装置如下：

(1)实验中观察到澄清石灰水变浑浊，写出石英管中发生反应的化学方程式___________。

(2)MnCO3在空气中加热易转化为锰的不同氧化物，其残留固体质量随温度的变化如上图所示。图中B点对应固体成分的化学式为______(请写出计算过程)。

Answer 1

【答案】 2KMnO4 K2MnO4+MnO2+O2↑ 分解反应 使锰酸钾转化得到二氧化锰，获得更多的二氧化锰 2H2O+MnSO4通电H2↑+H2SO4+MnO2↓ 变小 NaAlO2 玻璃棒 ①③ MnCO3高温CO2↑+MnO2 Mn2O3

【解析】Ⅰ、实验室加热高锰酸钾制氧气是高锰酸钾在加热的条件下生成锰酸钾和二氧化锰以及氧气，对应的化学方程式为 2KMnO4K2MnO4+MnO2+O2↑；形式上为一变多，为分解反应；根据信息提示“32H2O+MnSO4通电H2↑+H2SO4+MnO2↓”，将反应后的固体剩余物（锰酸钾和二氧化锰的混合物）用稀硫酸浸取一段时间后过滤、洗涤、烘干即得MnO2，使锰酸钾转化得到二氧化锰，获得更多的二氧化锰，所以用稀硫酸而不用水浸取；Ⅱ、电解MnSO4溶液可制得活性MnO2，同时生成氢气和硫酸，反应物为硫酸锰和水，条件是通电，生成二氧化锰和氢气以及硫酸，对应的化学方程式为 2H2O+MnSO4通电H2↑+H2SO4+MnO2↓，由于水越来越少，硫酸越来越多，也就是酸的质量分数变大，所以酸性越来越强，而pH越来越小，所以一段时间后溶液的pH将 变小；Ⅲ、(1)“滤液”中存在可溶性物质，而废旧锂电池正极材料和氢氧化钠溶液反应，根据信息“2Al+2NaOH+2H2O═2NaAlO2+3H2↑”，可知生成了偏铝酸钠，所以溶质的主要成分是 NaAlO2（还可能有剩余的NaOH；(2)在实验室进行“过滤”操作时，需要的玻璃仪器有烧杯、漏斗和 玻璃棒；(3)MnO2与碳粉经下列三步反应制得纳米MnO2：单质中元素的化合价为零，化合物中元素的化合价的代数和为零，①MnCO3高温CO2↑+MnO2，有单质参与反应，所以有化合价改变；②MnO+H2SO4═MnSO4+H2O，为复分解反应，无化合价改变；③3MnSO4+2KMnO4+2H2O═5MnO2↓+K2SO4+2H2SO4，硫酸锰中的锰元素由+2变化+4价，而高锰酸钾中的锰元素由+7价变为+4价，所以有化合价的改变．上述涉及元素化合价变化的反应有 ①③；IV、(1)实验中观察到澄清石灰水变浑浊，说明生成了二氧化锰和二氧化碳，对应的化学方程式 MnCO3高温CO2↑+MnO2；(2)MnCO3在空气中加热易转化为锰的不同氧化物，其残留固体质量随温度的变化如图所示．样品100g在图中B点对应固体的质量为68.70g，而过程中锰元素的质量不变，100g碳酸锰中锰元素的质量为100g× ，则B点物质含氧元素的质量为68.70g﹣100g×，在固体中锰原子和氧原子个数比为：

≈2：3；则固体成分的化学式为Mn2O3。