Question

制造干電池的主要原料之一是MnO₂，工業(yè)上常用Mn（NO₃）₂和KMnO₄為原料制備MnO₂，其生產(chǎn)原理如下：用軟錳礦（含MnO₂和少量的Fe₂O₃、SiO₂）和碳反應(yīng)制得MnO；再將MnO與稀硝酸反應(yīng)，反應(yīng)后經(jīng)過濾、提純、濃縮，可制得50%的Mn（NO₃）₂溶液；在一定條件下，把50%的Mn（NO₃）₂溶液滴加到KMnO₄溶液中，發(fā)生如下反應(yīng)：3Mn（NO₃）₂+2KMnO₄+2H₂O═5MnO₂↓+2KNO₃+4HNO₃，反應(yīng)生成的沉淀經(jīng)過濾、洗滌、干燥后得到MnO₂．

請回答下列問題：
（1）若將軟錳礦和碳反應(yīng)后的固體產(chǎn)物置于如圖1所示的裝置甲中，與稀硝酸反應(yīng)，觀察到裝置乙中有紅棕色氣體產(chǎn)生．
①寫出甲中產(chǎn)生氣體反應(yīng)的化學(xué)方程式

 

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②反應(yīng)過程中，要向乙中通入一定量的空氣，原因是

 

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③裝置丙試劑瓶中盛放的試劑是

 

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（2）在制備MnO₂的實驗中要向反應(yīng)混合液中不斷滴加氨水，則氨水的作用是

 

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（3）沉淀經(jīng)過濾、洗滌、干燥后得到的固體，除主要含有MnO₂外，還可能混有雜質(zhì)，則該雜質(zhì)可能是

 

（寫化學(xué)式）．
（4）有人提出用日光分解KMnO₄溶液的方法可制取MnO₂，反應(yīng)方程式為：4KMnO₄+2H₂O

光  .

4MnO₂↓+4KOH+3O₂↑，該反應(yīng)中c（OH^-）隨時間的變化曲線如圖2所示，分析曲線的變化趨勢，你認(rèn)為形成該變化的原因是

 

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Answer 1

考點：制備實驗方案的設(shè)計

專題：實驗題,元素及其化合物

分析：（1）軟錳礦含有少量的Fe₂O₃，在加熱條件下與C反應(yīng)可生成鐵，鐵與稀硝酸反應(yīng)生成NO氣體，為便于吸收氮氧化物，應(yīng)向乙中通入空氣，空氣中的氧氣將NO氧化成NO₂，使氣體呈紅棕色，丙中應(yīng)盛NaOH溶液等堿性物質(zhì)，吸收有毒氣體NO₂；
（2）制備MnO₂的實驗中生成HNO₃，加入氨水，可以中和硝酸，增大反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率；
（3）由于在反應(yīng)中不斷加入氨水，則生成MnO₂的同時可能生成Mn（OH）₂；
（4）反應(yīng)中c（OH^-）在t₁時突然增大，說明反應(yīng)速率增大，在其它條件不變的情況下，可考慮生成物起到催化劑的作用．

解答： 解：（1）①軟錳礦含有少量的Fe₂O₃，在加熱條件下與C反應(yīng)可生成鐵，鐵與稀硝酸反應(yīng)生成NO氣體，反應(yīng)的方程式為Fe+4HNO₃（稀）═Fe（NO₃）₃+NO↑+2H₂O，
故答案為：Fe+4HNO₃（�。┄TFe（NO₃）₃+NO↑+2H₂O；
②鐵與稀硝酸反應(yīng)生成NO，NO不能直接排放到空氣中，且與水\NaOH溶液等物質(zhì)不反應(yīng)，為便于吸收，可通入氧氣生成二氧化氮，以防止污染空氣，
故答案為：把一氧化氮氧化成二氧化氮，便于尾氣吸收充分，防止污染環(huán)境；
③丙中應(yīng)盛放NaOH溶液，可與二氧化氮反應(yīng)生成硝酸鈉、亞硝酸鈉，故答案為：NaOH溶液；
（2）制備MnO₂的實驗中生成HNO₃，加入氨水，可以中和硝酸，增大反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率，使原料盡可能多的轉(zhuǎn)化為MnO₂，
故答案為：中和產(chǎn)生的HNO₃，使原料盡可能多的轉(zhuǎn)化為MnO₂；
（3）由于在反應(yīng)中不斷加入氨水，則生成MnO₂的同時，硝酸鎂與氨水反應(yīng)生成Mn（OH）₂，故答案為：Mn（OH）₂；
（4）反應(yīng)中c（OH^-）在t₁時突然增大，說明反應(yīng)速率增大，在其它條件不變的情況下，應(yīng)是生成物MnO₂起到催化劑的作用，
故答案為：反應(yīng)生成的MnO₂對該反應(yīng)有催化作用．

點評：本題考查物質(zhì)的制備，側(cè)重于學(xué)生的分析能力、實驗?zāi)芰Φ目疾�，為高考常見題型，注意把握實驗的原理以及題給信息，為解答該題的關(guān)鍵，難度中等．