Question

9．碳酸錳[MnCO₃]常用制造鐵氧磁體，也用于化肥添加劑．某化學研究課題組組擬從廢舊干電池回收制取碳酸錳．
①將干電池剖切、分選得到黑色混合物（主要成份為MnO₂）洗滌、過濾、烘干．
②將上述固體按固液體積比1：4.5加入濃鹽酸，反應(yīng)完全后過濾，濃縮．
③向上述溶液中加入Na₂CO₃溶液，邊加邊攪拌，再過濾即可得到碳酸錳．
（1）寫出第②步反應(yīng)的離子方程式MnO₂+4H⁺+2Cl^-$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Mn²⁺+Cl₂↑+2H₂O．
（2）請說出第②步反應(yīng)中產(chǎn)生氣體的一種用途殺菌、消毒、制造漂白粉、有機化工合成等．如圖1在進行過濾時，操作有何錯誤：沒有使用玻璃棒引流．
（3）查閱文獻，發(fā)現(xiàn)上反應(yīng)第③步中除了生成MnCO₃之外還有可能生成Mn（OH）₂，已知Mn（OH）₂暴露在空氣中時間稍長易被氧化成褐色的MnO（OH）₂，MnCO₃和MnO（OH）₂受熱最終均分解氧化成MnO₂，該課題組對上述沉淀的成份提出以下假設(shè)，請幫助他完成假設(shè)：
假設(shè)一：全部為MnCO₃
假設(shè)二：全部為Mn（OH）₂
假設(shè)三：既有MnCO₃也有Mn（OH）₂ …
（4）①為驗證假設(shè)二是否正確，該課題組進行了以下研究：
定性研究：請完成下表中的內(nèi)容

實驗步驟（不要求寫出具體操作過程）	與其的實驗現(xiàn)象和結(jié)論
將所得沉淀過濾、洗滌…	顏色變成褐色，說明含有Mn（OH）2
取少量沉淀于試管中，假如足量的鹽酸，觀察現(xiàn)象	沒有氣泡生成，說明不含MnCO3

②定量研究：將所得沉淀過濾、洗滌，置于空氣中充分氧化后，小心干燥，取22.0g樣品，加熱，測得固體質(zhì)量隨溫度的變化關(guān)系如圖2．根據(jù)圖中數(shù)據(jù)判斷假設(shè)三成立，理由是：300℃以后質(zhì)量增加量為MnO氧化為MnO₂，計算可得MnCO₃質(zhì)量為11.5g 或Mn（OH）₂質(zhì)量為10.5g，所以既有MnCO₃ 也有Mn（OH）₂．

Answer 1

分析 （1）濃鹽酸和二氧化錳反應(yīng)，Mn元素化合價降低，被還原，MnO₂為氧化劑，Cl元素化合價升高，被氧化，HCl為還原劑，由元素化合價的變化可知轉(zhuǎn)移的電子數(shù)目為2，據(jù)此書寫離子反應(yīng)方程式；
（2）第②步反應(yīng)中產(chǎn)生氣體為氯氣，能殺菌、消毒、制造漂白粉、郵寄化工合成等，根據(jù)過濾操作的一貼、二低、三靠進行分析解答；
（3）根據(jù)題目信息可知：沉淀的成分可能全部為MnCO₃，可能全部為Mn（OH）₂，還可能是MnCO₃和Mn（OH）₂；
（4）①根據(jù)Mn（OH）₂暴露在空氣中時間稍長，易被氧化成褐色的MnO（OH）₂來分析有無Mn（OH）₂；根據(jù)MnCO₃能與鹽酸反應(yīng)放出氣體來分析有無MnCO₃；
②測得固體質(zhì)量隨溫度的變化關(guān)系圖2判斷假設(shè)三成立，固體質(zhì)量最小值是15.8g是MnO的質(zhì)量，在300℃以后，通過質(zhì)量增加量為MnO氧化為MnO₂，求出MnO的質(zhì)量，進而求出含有MnO₂的質(zhì)量；由于Mn（OH）₂暴露在空氣中時間稍長，易被氧化成褐色的MnO（OH）₂，分解得到MnO₂，根據(jù)MnO₂的質(zhì)量求出Mn（OH）₂的質(zhì)量，從而求出MnCO₃質(zhì)量．

解答 解：（1）濃鹽酸和二氧化錳反應(yīng)，Mn元素化合價降低（+4→+2），被還原，MnO₂為氧化劑，Cl元素化合價升高（-1→0），被氧化，HCl為還原劑，轉(zhuǎn)移的電子數(shù)目為2，反應(yīng)離子方程式為：MnO₂+4H⁺+2Cl^-$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Mn²⁺+Cl₂↑+2H₂O，
故答案為：MnO₂+4H⁺+2Cl^-$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Mn²⁺+Cl₂↑+2H₂O；
（2）第②步反應(yīng)中產(chǎn)生氣體為氯氣，氯氣具有強氧化性，能殺菌消毒，氯氣和氫氧化鈣反應(yīng)制取漂白粉，氯氣也能和有機物發(fā)生取代、加成生成鹵代烴，據(jù)圖可以看出，進行過濾時，沒有玻璃棒引流，易造成液體飛濺，
故答案為：殺菌、消毒、制造漂白粉、有機化工合成等；沒有使用玻璃棒引流；
（3）根據(jù)題目信息可知：沉淀的成分可能全部為MnCO₃，可能全部為Mn（OH）₂，還可能是MnCO₃和Mn（OH）₂，所以有三種假設(shè)：假設(shè)一：全部為MnCO₃；假設(shè)二：全部為Mn（OH）₂；假設(shè)三：既有MnCO₃又有Mn（OH）₂，
故答案為：全部為MnCO₃；
（4）①將所得沉淀過濾、洗滌將沉淀充分暴露于空氣中，觀察顏色，顏色變成褐色，說明含有Mn（OH）₂；另取少量沉淀于試管中，加入足量的鹽酸，觀察現(xiàn)象，沒有氣泡生成，說明不含MnCO₃．為此證明固體是Mn（OH）₂，
故答案為：

實驗步驟（不要求寫出具體操作過程）	與其的實驗現(xiàn)象和結(jié)論
將所得沉淀過濾、洗滌… 將沉淀充分暴露于空氣中，觀察顏色	顏色變成褐色，說明含有Mn（OH）2
取少量沉淀于試管中，假如足量的鹽酸，觀察現(xiàn)象	沒有氣泡生成，說明不含MnCO3

②測得固體質(zhì)量隨溫度的變化關(guān)系圖2判斷假設(shè)三成立，固體質(zhì)量最小值是15.8g是MnO的質(zhì)量，在300℃以后，質(zhì)量增加量為MnO氧化為MnO₂．增加的質(zhì)量為17.4-15.8=1.6g．所以n（MnO）=1.6g÷16g/mol=0.1mol，在15.8g固體中含有MnO質(zhì)量為0.1mol×71g/mol=7.1g，含有MnO₂的質(zhì)量為15.8g-7.1g=8.7g，即含有MnO₂0.1mol；由于Mn（OH）₂暴露在空氣中時間稍長，易被氧化成褐色的MnO（OH）₂，分解得到MnO₂，所以在原固體中含有Mn（OH）₂0.1mol，質(zhì)量是0.1mol×105g/mol=10.5g；則原固體中含有MnCO₃質(zhì)量為22.0g-10.5g=11.5g；所以原固體中既有MnCO₃又有Mn（OH）₂．300℃以后，質(zhì)量增加量為MnO氧化為MnO₂ ，計算可得MnCO₃質(zhì)量為11.5（或MnO（OH）₂的質(zhì)量為10.5g），所以既有MnCO₃又有Mn（OH）₂
故答案為：三；300℃以后質(zhì)量增加量為MnO氧化為MnO₂，計算可得MnCO₃質(zhì)量為11.5g 或Mn（OH）₂質(zhì)量為10.5g，所以既有MnCO₃ 也有Mn（OH）₂．

點評 本題考查從廢舊干電池回收制取碳酸錳，涉及離子方程式的書寫、成分的檢驗等知識，題目綜合性較強，注意題目信息的提取與運用，題目難度中等．