Question

20．KMnO₄常用作氧化劑、防腐劑、消毒劑、漂白劑和水處理劑等．
（1）在K₂MnO₄溶液中通入CO₂可制得高錳酸鉀，副產(chǎn)物是黑色沉淀M．該反應(yīng)中氧化劑與還原劑的質(zhì)量之比為1：2．由鋰離子有機(jī)高聚物、鋰及M構(gòu)成原電池，電池反應(yīng)為L(zhǎng)i+M=LiM（s），消耗8.7gM時(shí)轉(zhuǎn)移0.1mol電子．則該電池正極的電極反應(yīng)為MnO₂+e^-+Li⁺=LiMnO₂．
（2）實(shí)驗(yàn)室用KMnO₄制備O₂和Cl₂．取0.4mol KMnO₄固體加熱一段時(shí)間后，收集到
amolO₂，在反應(yīng)后的殘留固體中加入足量濃鹽酸，加熱又收集到bmolCl₂．設(shè)錳元素全部
轉(zhuǎn)化成Mn²⁺存在于溶液中，當(dāng)a+b=0.8mol時(shí)，在標(biāo)準(zhǔn)狀況下生成Cl₂的體積為13.44L；
（3）電解K₂MnO₄溶液加以制備KMnO₄．工業(yè)上，通常以軟錳礦（主要成分是MnO₂）與KOH的混合物在鐵坩堝（熔融池）中混合均勻，小火加熱至熔融，即可得到綠色的K₂MnO₄，化學(xué)方程式為2MnO₂+4KOH+O₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2K₂MnO₄+2H₂O．用鎳片作陽(yáng)極（鎳不參與反應(yīng)），鐵板為陰極，電解K₂MnO₄溶液可制備KMnO₄．上述過(guò)程用流程圖表示如下：

則D的化學(xué)式為KOH；陽(yáng)極的電極反應(yīng)式為MnO₄^2--e^-=MnO₄^-；陽(yáng)離子遷移方向是K⁺由陽(yáng)離子交換膜左側(cè)向右側(cè)遷移．
（4）高錳酸鉀在酸性介質(zhì)中還原產(chǎn)物為Mn²⁺，廢液中c（Mn²⁺）濃度較大時(shí)會(huì)污染水體．實(shí)驗(yàn)室可以用過(guò)二硫酸銨溶液檢驗(yàn)廢水中Mn²⁺，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象是溶液變紫紅色（還原產(chǎn)物為SO₄^2-）．過(guò)二硫酸可以看成是H₂O₂的衍生物，過(guò)二硫酸銨中含有過(guò)氧鍵（-O-O-）．寫(xiě)出檢驗(yàn)Mn²⁺的離子方程式2Mn²⁺+5S₂O₈^2-+8H₂O=2MnO₄^-+10SO₄^2-+16H⁺．如果將這個(gè)反應(yīng)設(shè)計(jì)成鹽橋原電池，鹽橋中溶液最好選用飽和K₂SO₄溶液．（選填：飽和KCl溶液、飽和K₂SO₄溶液或飽和NH₄Cl溶液）

Answer 1

分析 （1）根據(jù)題干信息可知反應(yīng)物為K₂MnO₄、CO₂、生成黑色固體MnO₂、KMnO₄，根據(jù)原子守恒書(shū)寫(xiě)化學(xué)反應(yīng)方程式，根據(jù)方程式可知3molK₂MnO₄參加反應(yīng)生成2molKMnO₄、1molMnO₂，據(jù)此判斷氧化劑與還原劑的質(zhì)量之比；原電池的正極上發(fā)生得電子的還原反應(yīng)；
（2）KMnO₄固體，加熱一段時(shí)間后，收集到a mol氧氣，在反應(yīng)后的殘留固體中加入足量的濃鹽酸，繼續(xù)加熱，收集到氣體b mol氯氣，根據(jù)電子轉(zhuǎn)移守恒，整個(gè)過(guò)程中，Mn元素獲得電子等于O元素、Cl元素獲得的電子，則有：0.4×（7-2）=4a+2b，據(jù)此計(jì)算回答；
（3）根據(jù)信息：軟錳礦（主要成分是MnO₂）與KOH的混合物在鐵坩堝（熔融池）中混合均勻，小火加熱至熔融，即可得到綠色的K₂MnO₄來(lái)書(shū)寫(xiě)方程式；電解錳酸鉀溶液時(shí)，陰極上水得電子生成氫氣和氫氧根離子；
（4）在酸性介質(zhì)中，往MnSO₄溶液里滴加（NH₄）₂S₂O₈（連二硫酸銨）溶液會(huì)發(fā)生氧化還原反應(yīng)，（NH₄）₂S₂O₈（連二硫酸銨）溶液具有強(qiáng)氧化性，選擇的鹽橋中溶液不能被其氧化．

解答 解：（1）反應(yīng)物為K₂MnO₄、CO₂、生成黑色固體MnO₂、KMnO₄，所以的化學(xué)方程式為：3K₂MnO₄+2CO₂═2KMnO₄+MnO₂+2K₂CO₃；由化學(xué)反應(yīng)方程式：3K₂MnO₄+2CO₂═2KMnO₄+MnO₂+2K₂CO₃分析得出，3molK₂MnO₄參加反應(yīng)生成2molKMnO₄、1molMnO₂，即3mol高錳酸鉀參與反應(yīng)有1mol作氧化劑、2mol作還原劑，則反應(yīng)中氧化劑與還原劑的質(zhì)量比為1：2；鋰離子有機(jī)高聚物、鋰及MnO₂構(gòu)成原電池，正極上發(fā)生得電子的還原反應(yīng)，電極反應(yīng)式為：MnO₂+e^-+Li⁺=LiMnO₂，
故答案為：1：2；MnO₂+e^-+Li⁺=LiMnO₂；
（2）KMnO₄固體，加熱一段時(shí)間后，收集到a mol氧氣，在反應(yīng)后的殘留固體中加入足量的濃鹽酸，繼續(xù)加熱，收集到氣體b mol氯氣，根據(jù)電子轉(zhuǎn)移守恒，整個(gè)過(guò)程中，Mn元素獲得電子等于O元素、Cl元素獲得的電子，則有：0.4×（7-2）=4a+2b=2mol，a+b=0.8mol，解得a=0.2，b=0.6，在標(biāo)準(zhǔn)狀況下生成Cl₂的體積為0.6mol×22.4L/mol=13.44L，
故答案為：13.44；
（3）根據(jù)信息：軟錳礦（主要成分是MnO₂）與KOH的混合物在鐵坩堝（熔融池）中混合均勻，小火加熱至熔融，即可得到綠色的K₂MnO₄來(lái)書(shū)寫(xiě)方程式為：2MnO₂+4KOH+O₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2K₂MnO₄+2H₂O；電解錳酸鉀溶液時(shí)陰極上水得電子生成氫氣和氫氧根離子，電極反應(yīng)為2H₂O+2e^-═H₂↑+2OH^-，iD是氫氧化鉀溶液，陽(yáng)極上錳酸根離子失電子生成高錳酸根離子，電極反應(yīng)式為2MnO₄^2--2e^-═2MnO₄^-，K⁺由陽(yáng)離子交換膜左側(cè)向右側(cè)遷移，
故答案為：2MnO₂+4KOH+O₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2K₂MnO₄+2H₂O；KOH；MnO₄^2--e^-=MnO₄^-；K⁺由陽(yáng)離子交換膜左側(cè)向右側(cè)遷移；
（4）在酸性介質(zhì)中，往MnSO₄溶液里滴加（NH₄）₂S₂O₈（連二硫酸銨）溶液會(huì)發(fā)生氧化還原反應(yīng)2Mn²⁺+5S₂O₈^2-+8H₂O=2MnO₄^-+10SO₄^2-+16H⁺，（NH₄）₂S₂O₈（連二硫酸銨）溶液具有強(qiáng)氧化性，選擇的鹽橋中溶液不能被其氧化，可以選擇：飽和K₂SO₄溶液．
故答案為：2Mn²⁺+5S₂O₈^2-+8H₂O=2MnO₄^-+10SO₄^2-+16H⁺；飽和K₂SO₄溶液．

點(diǎn)評(píng) 本題綜合考查電解池的工作原理，方程式的書(shū)寫(xiě)以及電子守恒的計(jì)算知識(shí)，側(cè)重于氧化還原反應(yīng)知識(shí)的考查，難度中等．