Question

10．MnO₂是一種重要的無機(jī)功能材料，也是中學(xué)實(shí)驗(yàn)室常用試劑．
（Ⅰ）堿性鎂錳干電池是新開發(fā)的一種干電池，比普通鋅錳干電池具有更加優(yōu)越的性能，具有較大應(yīng)用前景，其工作時(shí)總反應(yīng)為：Mg+2MnO₂+H₂O=Mg（OH）₂+Mn₂O₃；則工作時(shí)，正極發(fā)生還原反應(yīng)（填反應(yīng)類型），寫出負(fù)極的電極反應(yīng)式：Mg+2OH^--2e^-=Mg（OH）₂．
（Ⅱ）圖中a、b、c、d表示止水夾，請(qǐng)按要求回答下列問題：

（1）用濃鹽酸和MnO₂加熱反應(yīng)制取氯氣時(shí)，需選用上述裝置（填字母，除雜和干燥裝置略）A和C；還需補(bǔ)充裝置E，請(qǐng)?jiān)诖鹁砩袭嫵鲅b置簡圖，并標(biāo)注其所盛藥品的名稱．
（2）若用此套裝置比較Cl^-和Br^-還原性強(qiáng)弱，需在裝置C中盛裝的溶液是溴化鉀（或溴化鈉）溶液
（3）欲用D裝置驗(yàn)證收集于試管甲中的Cl₂與NaOH溶液（滴有酚酞）的反應(yīng)，其操作步驟為：①關(guān)閉止水夾b、d，②打開止水夾C，③然后雙手緊握（或微熱）試管甲使試管中氣體逸出（寫具體操作），觀察到的現(xiàn)象有燒杯中有氣泡冒出，隨后水倒流至試管甲中，甲中溶液逐漸褪色．
（4）MnO₂也可用于制取高錳酸鉀．MnO₂與過量KOH和KClO₃固體在高溫下反應(yīng)，生成K₂MnO₄．請(qǐng)配平下列化學(xué)方程式：
3MnO₂+6KOH+1KClO₃$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$3K₂MnO₄1+KCl+3H₂O．
電解K₂MnO₄制KMnO₄，總反應(yīng)方程式為：
2K₂MnO₄+2H₂O$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2KMnO₄+2KOH+H₂↑．若電解K₂MnO₄溶液時(shí)，維持電流強(qiáng)度為5.0A，電解20min，理論上可生成KMnO₄9.8g．
（己知：Q=It，F(xiàn)=96500C/mol．答案保留兩位有效數(shù)字）

Answer 1

分析 （I）正極是MnO₂得到電子發(fā)生還原反應(yīng)生成Mn₂O₃，負(fù)極鎂失電子生成的鎂離子和氫氧根結(jié)合生成氫氧化鎂沉淀；
（II）（1）制備氣體需要發(fā)生裝置和收集裝置，尾氣處理裝置，依據(jù)制備氣體用的原料的狀態(tài)和反應(yīng)條件選擇合適的發(fā)生裝置；氯氣有毒，不能直接排放到空氣中，能夠與氫氧化鈉溶液反應(yīng)，可以用氫氧化鈉溶液吸收氯氣；
（2）依據(jù)氧化還原反應(yīng)規(guī)律：氧化性強(qiáng)的制取氧化性弱的物質(zhì)選擇合適的試劑；
（3）氯氣與氫氧化鈉反應(yīng)氣體的壓強(qiáng)減小，小于外界大氣壓，燒杯中的溶液會(huì)倒流于試管甲，氯氣與氫氧化鈉反應(yīng)，而且生成的次氯酸鈉具有漂白性；
（4）反應(yīng)中化合價(jià)變化的元素為Mn、Cl，Mn元素由+4價(jià)升高為+6，Cl元素化合價(jià)由+5降低為-1，得失電子相等，即化合價(jià)升降相等，則二氧化錳與氯酸鉀的物質(zhì)的量之比為3：1，再根據(jù)原子守恒配平；結(jié)合Q=It，F(xiàn)=96500C/mol，計(jì)算電子轉(zhuǎn)移物質(zhì)的量，依據(jù)化學(xué)方程式電量關(guān)系計(jì)算得到高錳酸鉀物質(zhì)的量，得到質(zhì)量．

解答 解：（I）正極是MnO₂得到電子發(fā)生還原反應(yīng)生成Mn₂O₃，負(fù)極鎂失電子生成的鎂離子和氫氧根結(jié)合生成氫氧化鎂沉淀，Mg-2e^-+2OH^-=Mg（OH）₂，
故答案為：還原；Mg+2OH^--2e^-=Mg（OH）₂；
（II）（1）制備氣體需要發(fā)生裝置和收集裝置，尾氣處理裝置，實(shí)驗(yàn)室用固體二氧化錳與液體濃鹽酸，在加熱條件下制備氯氣，所以應(yīng)選擇發(fā)生裝置A；
氯氣有毒，不能直接排放到空氣中，能夠與氫氧化鈉溶液反應(yīng)，可以用氫氧化鈉溶液吸收氯氣，裝置圖為：
；
故答案為：A；；
（2）比較Cl^-和Br^-還原性強(qiáng)弱，需在裝置C中盛裝的溶液溴化鉀（或溴化鈉）溶液，若氯氣氧化性強(qiáng)于溴，則能夠置換溴單質(zhì)；
故答案為：溴化鉀（或溴化鈉）溶液；
（3）若氯氣與氫氧化鈉反應(yīng)氣體的壓強(qiáng)減小，小于外界大氣壓，燒杯中的溶液會(huì)倒流于試管甲，所以先關(guān)閉止水夾b、d，再打開止水夾 c，雙手緊握（或微熱）試管，使試管中氣體逸出，Cl₂與NaOH溶液接觸后液體倒流，使燒杯中的液體進(jìn)入試管甲，Cl₂與NaOH反應(yīng)生成NaCl和次氯酸鈉，溶液堿性減弱，而且次氯酸鈉具有漂白性，所以甲中溶液逐漸褪色；
故答案為：雙手緊握（或微熱）試管甲使試管中氣體逸出；燒杯中有氣泡冒出，隨后水倒流至試管甲中，甲中溶液逐漸褪色；
（4）由軟錳礦與過量固體KOH和KClO₃在高溫下反應(yīng)，生成錳酸鉀（K₂MnO₄）和KCl，反應(yīng)中化合價(jià)變化的元素為Mn、Cl，Mn元素由+4價(jià)升高為+6，Cl元素化合價(jià)由+5降低為-1，根據(jù)得失電子相等，即化合價(jià)升降相等，則二氧化錳與氯酸鉀的物質(zhì)的量之比為3：1，再根據(jù)原子守恒配平方程式為3MnO₂+6KOH+KClO₃ $\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$3K₂MnO₄+KCl+3H₂O；
已知電解總反應(yīng)方程式為：2K₂MnO₄+2H₂O$\frac{\underline{\;通電\;}}{\;}$2KMnO₄+2KOH+H₂↑，若電解K₂MnO₄溶液時(shí)，維持電流強(qiáng)度為5.0A，電解20min，通過電量為Q=It=5.0A×20×60s=6000C，F(xiàn)=96500C/mol，電子物質(zhì)的量=$\frac{6000C}{96500C/mol}$=0.062mol，化學(xué)方程式計(jì)算可知電子轉(zhuǎn)移2mol生成2molKMnO₄，則電子轉(zhuǎn)移0.062mol生成KMnO₄物質(zhì)的量也為0.062mol，質(zhì)量=0.062mol×158g/mol≈9.8g，理論上可生成KMnO₄ 質(zhì)量為9.8g，
故答案為：3，6，1，3，1，3；9.8．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了原電池原理的應(yīng)用、氣體的制備和性質(zhì)的檢驗(yàn)，熟悉氯氣的備原理和性質(zhì)是解題關(guān)鍵，側(cè)重于學(xué)生的分析能力、計(jì)算能力和實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ目疾�，題目難度中等．