Question

【題目】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，其制備過程如下圖所示：

(1)步驟Ⅰ中，試劑甲必須具有的性質是________(填序號)。

A．堿性 B．穩定性 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：_____________________。步驟Ⅲ中，以KClO3為氧化劑，當生成0.050 mol MnO2時，消耗0.10 mol·L－1的KClO3溶液200 mL，該反應的離子方程式為____________________________________________。

(3)用100 mL 12.0 mol·L－1的濃鹽酸與足量MnO2混合后，加熱，反應產生的氯氣在標準狀況下體積范圍為________________。工業上可以用實驗室制氯氣的殘余物質溶液吸收氯氣，獲得Mn2O3，Mn2O3廣泛應用于電子工業、印染工業等領域。請寫出該化學反應的離子方程式：__________________。

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

①實驗Ⅱ和Ⅲ的結論是____________________________________________________。

②利用實驗Ⅰ和Ⅳ探究溫度對化學反應速率的影響，w＝________。本實驗待測數據是______。

Answer 1

【答案】DMn2＋－2e－＋2H2O===MnO2↓＋4H＋2ClO＋5Mn2＋＋4H2O===5MnO2＋Cl2↑＋8H＋V(Cl2)<6720 mL2Mn2＋＋Cl2＋3H2O===Mn2O3＋6H＋＋2Cl－其他條件不同，反應物濃度越大，反應速率越快5%收集等體積氧氣所需要的時間

【解析】

(1)錳結核礦與試劑甲反應后生成＋2價錳離子，錳元素的化合價降低，被還原，則試劑甲具有還原性，故答案為：D；

(2)電解硫酸錳溶液時，陽極發生氧化反應，+2價的錳離子被氧化成二氧化錳，電極反應式為：Mn2＋－2e－＋2H2O===MnO2↓＋4H＋；生成0.050 mol二氧化錳時，失去電子的物質的量：0.050 mol×2＝0.100 mol；設還原產物中氯元素化合價為＋x，n(kClO3)＝0.2 L×0.1 mol·L－1＝0.02 mol。由電子守恒知，0.02 mol×(5－x)＝0.100 mol，x＝0，氯酸鉀被還原后產物為氯氣，則反應的離子反應方程式為：2ClO＋5Mn2＋＋4H2O===5MnO2＋Cl2↑＋8H＋；故答案為：Mn2＋－2e－＋2H2O===MnO2↓＋4H＋； 2ClO＋5Mn2＋＋4H2O===5MnO2＋Cl2↑＋8H＋； (3)由于濃鹽酸的揮發、濃鹽酸變成稀鹽酸時不能與二氧化錳發生反應，生成的氯氣體積小于理論值，濃鹽酸所含HCl的物質的量為：12mol/L×0.1L=1.2mol/L，由反應方程式：MnO2+4HClMnCl2+Cl2↑+2H2O可得產生氯氣的物質的量理論值為：1.2mol÷4=0.3mol，其體積為：0.3mol/L×22.4L/mol=6.72L；實驗室制氯氣的殘余物質溶液中含有Mn2+，可被氯氣氧化為Mn2O3，反應的離子方程式為：2Mn2＋＋Cl2＋3H2O===Mn2O3＋6H＋＋2Cl－，故答案為：V(Cl2)<6720 mL；2Mn2＋＋Cl2＋3H2O===Mn2O3＋6H＋＋2Cl－；

(4)①實驗Ⅱ和Ⅲ的雙氧水濃度不同，其它條件均相同，則通過實驗對比來探究濃度對化學反應速率的影響，故答案為：其他條件不同，反應物濃度越大，反應速率越快；

②實驗Ⅰ和Ⅳ的對比實驗是探究溫度對化學反應速率的影響的，則其它條件須控制相同，實驗Ⅰ中雙氧水的濃度為5%，故w＝5%；比較在不同條件下雙氧水的分解速率，可通過測定收集一定體積氣體所需要的時間或測定在相同時間內產生氣體的體積來比較不同條件下反應的快慢，故答案為：5%、收集等體積氧氣所需要的時間；