Question

19．二氧化錳在生活和化學實驗中有廣泛應用．海底蘊藏著豐富的錳結(jié)核礦，其主要成分是MnO₂．1991年由Allen等人研究，用硫酸淋洗后使用不同的方法可制備純凈的MnO₂，其制備過程如圖所示：

（1）步驟Ⅰ中，試劑甲必須具有的性質(zhì)是D（填序號）．
A．堿性              B．穩(wěn)定性             C．氧化性            D．還原性
（2）用惰性材料作電極，電解硫酸錳溶液制二氧化錳，寫出陽極反應式：Mn²⁺-2e^-+2H₂O═MnO₂↓+4H⁺．
步驟Ⅲ中，以KClO₃為氧化劑，當生成0.050mol MnO₂時，消耗0.10mol•L^-1的NaClO₃溶液200mL，該反應的離子方程式為2ClO₃^-+5Mn²⁺+4H₂O=5MnO₂+Cl₂↑+8H⁺．
（3）用100mL 12.0mol•L^-1的濃鹽酸與足量MnO₂混合后，加熱，反應產(chǎn)生的氯氣在標準狀況下體積范圍為V（Cl₂）＜6720mL．工業(yè)上可以用實驗室制氯氣的殘余物質(zhì)溶液吸收氯氣，獲得Mn₂O₃，Mn₂O₃廣泛應用于電子工業(yè)、印染工業(yè)等領域．請寫出該化學反應的離子方程式：2Mn²⁺+Cl₂+3H₂O═Mn₂O₃+6H⁺+2Cl^-．
（4）二氧化錳是實驗室制取氧氣的催化劑．下列是某同學設計實驗探究雙氧水分解實驗方案；

實驗	20.0mL雙氧水溶液濃度	粉狀MnO2	溫度	待測數(shù)據(jù)
Ⅰ	5%	2.0g	20℃
Ⅱ	5%	1.0g	20℃
Ⅲ	10%	1.0g	20℃
Ⅳ	ω	2.0g	30℃

①實驗Ⅱ和Ⅲ的結(jié)論是其他條件不同，反應物濃度越大，反應速率越快．
②利用實驗Ⅰ和Ⅳ探究溫度對化學反應速率的影響，w=5%．本實驗待測數(shù)據(jù)是收集等體積氧氣所需要的時間．

Answer 1

分析 工業(yè)上從錳結(jié)核礦中制取純凈的MnO₂工藝流程中，先選礦富集，錳結(jié)核礦為錳的氧化物與其它金屬氧化物的混合物，加入稀硫酸和試劑甲發(fā)生反應生成Mn²⁺，說明發(fā)生了氧化還原反應生成錳離子，則甲為還原劑，步驟Ⅱ電解法將錳離子氧化成二氧化錳，該反應應在電解池的陽極發(fā)生，步驟Ⅲ在溶液中加入KClO₃反應，將錳離子氧化成生成MnO₂，
（1）步驟I中，Mn元素的化合價由+4價降低為+2價；
（2）用惰性材料作電極，電解硫酸錳溶液制二氧化錳，陽極上錳離子發(fā)生氧化反應生成二氧化錳，步驟Ⅲ中，以NaClO₃為氧化劑，當生成0.050mol MnO₂時，消耗0.10mol•L^-1 的NaClO₃溶液200mL，利用電子守恒確定還原產(chǎn)物，以此書寫離子反應；
（3）用100mL 12.0mol•L^-1的濃鹽酸與足量MnO₂混合后，加熱，反應產(chǎn)生的氯氣，當濃鹽酸變?yōu)橄←}酸時，反應就會停止，MnSO₄溶液吸收氯氣，獲得Mn₂O₃，還生成硫酸和鹽酸，以此書寫反應方程式；
（4）①比較實驗Ⅱ和Ⅲ的數(shù)據(jù)可知，兩個實驗中雙氧水溶液濃度和實驗溫度都是相同的，只有二氧化錳的質(zhì)量不同，據(jù)此答題；
②利用實驗Ⅰ和Ⅳ探究溫度對化學反應速率的影響，比較實驗Ⅰ和Ⅳ的數(shù)據(jù)可知，兩個實驗的二氧化錳的質(zhì)量相同，溫度不同，則雙氧水的濃度也應該相同，可判斷反應的快慢，可以通過收集相同體積的氣體所需要的時間判斷，據(jù)此答題．

解答 解：（1）步驟I中，Mn元素的化合價由+4價降低為+2價，則試劑甲應具有還原性，故答案為：D；
（2）用惰性材料作電極，電解硫酸錳溶液制二氧化錳，陽極上錳離子發(fā)生氧化反應生成二氧化錳，電極反應式為Mn²⁺-2e^-+2H₂O═MnO₂↓+4H⁺，步驟Ⅲ中，以NaClO₃為氧化劑，當生成0.050mol MnO₂時，消耗0.10mol•L^-1 的NaClO₃溶液200mL，設還原產(chǎn)物中Cl的化合價為x，則由電子守恒可知，0.05mol×（4-2）=0.1mol/L×0.2L×（5-x），解得x=0，即生成氯氣，則離子反應為2ClO₃^-+5Mn²⁺+4H₂O=5MnO₂+Cl₂↑+8H⁺，
故答案為：Mn²⁺-2e^-+2H₂O═MnO₂↓+4H⁺；2ClO₃^-+5Mn²⁺+4H₂O=5MnO₂+Cl₂↑+8H⁺；
（3）用100mL 12.0mol•L^-1的濃鹽酸與足量MnO₂混合后，加熱，反應產(chǎn)生的氯氣，當濃鹽酸變?yōu)橄←}酸時，反應就會停止，反應中氯化氫的最大物質(zhì)的量為100mL×12.0mol•L^-1=1.2mol，所以產(chǎn)生的氯氣在標準狀況下體積最大值為$\frac{1}{4}$×1.2mol×22.4L/mol=6720mL，而實際上產(chǎn)生的氯氣的體積小于6720mL，工業(yè)上可用MnSO₄溶液吸收氯氣，獲得Mn₂O₃，還生成硫酸和鹽酸，該反應為2Mn²⁺+Cl₂+3H₂O═Mn₂O₃+6H⁺+2Cl^-，
故答案為：V（Cl₂）＜6720mL；2Mn²⁺+Cl₂+3H₂O═Mn₂O₃+6H⁺+2Cl^-；
（4）①比較實驗Ⅱ和Ⅲ的數(shù)據(jù)可知，兩個實驗中雙氧水溶液濃度和實驗溫度都是相同的，只有二氧化錳的質(zhì)量不同，所以可通過這兩個實驗得出的結(jié)論為：其他條件不同，反應物濃度越大，反應速率越快，
故答案為：其他條件不同，反應物濃度越大，反應速率越快；
②利用實驗Ⅰ和Ⅳ探究溫度對化學反應速率的影響，比較實驗Ⅰ和Ⅳ的數(shù)據(jù)可知，兩個實驗的二氧化錳的質(zhì)量相同，溫度不同，則雙氧水的濃度也應該相同，即ω=5%，根據(jù)收集相同體積的氣體所需要的時間可以判斷反應的快慢，所以本實驗待測數(shù)據(jù)是收集等體積氧氣所需要的時間，
故答案為：5%；收集等體積氧氣所需要的時間．

點評 本題以二氧化錳的制取為載體，主要考查了物質(zhì)性質(zhì)和實驗基本操作的理解應用，氧化還原反應產(chǎn)物的分析等，掌握基礎是關(guān)鍵，題目難度中等．