Question

MnO₂是一种重要的无机功能材料，粗MnO₂的提纯是工业生产的重要环节．某研究性学习小组设计了将粗MnO₂（含有较多的MnO和MnCO₃）样品转化为纯MnO₂实验，其流程如下

（1）第①步加稀H₂SO₄时，粗MnO₂样品中的_____________（写化学式）转化为可溶性物质．

（2）第②步反应的离子方程式：_______________________

（3）流程中得到MnO₂固体操作必需的玻璃仪器有玻璃棒、烧杯、_______________。

（4）已知第③步蒸发得到的固体中有NaClO₃和NaOH，则一定还有含有_________（写化学式）．其中用到Cl₂的实验室制法的反应离子方程式：_______________________。

（5）若粗MnO₂样品的质量为50.76g，第①步反应后，经过滤得到34.8g MnO₂，并收集到0.896LCO₂（标准状况下），则在第②步反应中至少需要____________ g NaClO₃．[M (NaClO₃)=106.5]

（6）第①步酸溶产生的CO₂与NH₃反应可合成化肥尿素[化学式为CO(NH₂)₂]。己知：

①2NH₃(g)＋CO₂(g)=NH₂CO₂NH₄(s);  ΔH=－159.5kJ·mol^－1

②NH₂CO₂NH₄(s)=CONH₂)₂(s)＋H₂O(g);  ΔH=＋116.5kJ·mol^－1

③H₂O(l)=H₂O(g)  ΔH=＋44.0kJ·mol^－1

写出CO₂与NH₃合成尿素和液态水的热化学反应方程式______________。

Answer

MnO、MnCO32ClO3-+4H2O+5Mn2+=5MnO2↓+Cl2↑+8H+漏斗NaCl4H++ MnO2+2Cl- Cl2↑+Mn2++2H2O8.522NH3(g)+CO2(g)=CO(NH2)2(s)+H2O(l); ΔH＝–87.0kJ·mol－1

【解析】

试题分析：由制备流程可知，MnO2不溶于硫酸，样品中的MnCO3和硫酸反应生成可溶性的MnSO4，滤液中含MnSO4，第②步发生5MnSO4+2NaClO3+4H2O=5MnO2↓+Cl2↑+Na2SO4+4H2SO4，第③步中发生氯气与热的NaOH发生氧化还原反应生成NaCl、NaClO3、水，溶液蒸发可得到固体，结合选项分析解答。

解析：由制备流程可知，MnO2不溶于硫酸，样品中的MnCO3和硫酸反应生成可溶性的MnSO4，滤液中含MnSO4，第②步发生5MnSO4+2NaClO3+4H2O=5MnO2↓+Cl2↑+Na2SO4+4H2SO4，第③步中发生氯气与热的NaOH发生氧化还原反应生成NaCl、NaClO3、水，溶液蒸发可得到固体，则

（1）只有MnO2不与硫酸反应，则MnO和MnCO3转化为可溶性物质；

（2）MnSO4要转化为MnO2，需失去电子，故需要加入NaClO3做氧化剂，依据得失电子守恒可以配平，所以反应的化学方程式是：5MnSO4+2NaClO3+4H2O=5MnO2↓+Cl2↑+Na2SO4+4H2SO4，因此反应的离子方程式是：2ClO3-+4H2O+5Mn2+=5MnO2↓+Cl2↑+8H+；

（3）流程中得到MnO2固体操作是过滤，必需的玻璃仪器有玻璃棒、烧杯、漏斗；

（4）Cl2通入热的NaOH溶液中一定发生氧化还原反应，且氯气既做氧化剂又做还原剂，NaClO3属于氧化产物，因此一定有还原产物NaCl；实验室制备氯气的离子方程式为4H++ MnO2+2Cl- Cl2↑+Mn2++2H2O ；

（5）由题意知样品中的MnO和MnCO3质量为50.76g-34.8 g=15.96g。0.896LCO2（标准状况下）是0.04mol，由方程式H2SO4+MnCO3=MnSO4+H2O+CO2↑可知MnCO3的物质的量为0.04mol，质量为115g/mol×0.04mol=4.6g，所以MnO的质量为15.96g-4.6g=11.36g，其物质的量为11.36g÷71g/mol=0.16mol，因此与稀硫酸反应时共生成MnSO4的物质的量为0.20mol，根据方程式5MnSO4+2NaClO3+4H2O=5MnO2↓+Cl2↑+Na2SO4+4H2SO4，可计算出需要NaClO3的物质的量为0.08mol，质量是0.08mol×106.5g/mol＝8.52g；

（6）己知：①2NH3(g)＋CO2(g)=NH2CO2NH4(s) ΔH=－159.5kJ·mol－1

②NH2CO2NH4(s)=CONH2)2(s)＋H2O(g) ΔH=＋116.5kJ·mol－1

③H2O(l)=H2O(g) ΔH=＋44.0kJ·mol－1

则根据盖斯定律可知①－②－③即得到CO2与NH3合成尿素和液态水的热化学反应方程式为2NH3(g)+CO2(g)=CO(NH2)2(s)+H2O(l) ΔH＝–87.0kJ·mol－1。