Question

19．錳及其化合物應用越來越廣泛，MnO₂是一種重要的無機功能材料，制備MnO₂的方法之一是以石墨為電極，電解酸化的MnSO₄溶液，陽極的電極反應式為Mn²⁺-2e^-+2H₂0=MnO₂+4H⁺．
現以鉛蓄電池為電源電解酸化的MnS0₄溶液，如圖所示，鉛蓄電池的總反應方程式為Pb+Pb0₂+2H₂S0₄=2PbSO₄+2H₂0，當蓄電池中有4mol H⁺被消耗時，則電路中通過的電子的物質的量為2mol，MnO₂的理論產量為87g．
CaSO₄是一種微溶物質，已知K_sp（CaSO₄）=9.10×10^-6．現將c mol•L^-1 CaCl₂溶液與2.00×10^-2 mol•L^-1 Na₂SO₄溶液等體積混合生成沉淀，則c的最小值是1.82×10^-3（結果保留3位有效數字）．

Answer 1

分析 II中陽極上Mn²⁺放電發(fā)生氧化反應而生成MnO₂；原電池I中，Pb失電子作負極、Pb0₂作正極，Pb失電子作負極、Pb0₂得電子都和硫酸根離子反應生成硫酸鉛；根據氫離子和轉移電子之間的關系式計算轉移電子的物質的量，根據轉移電子相等計算二氧化錳的質量；依據沉淀溶解平衡的溶度積常數分析計算．

解答 解：II中陽極上Mn²⁺放電發(fā)生氧化反應而生成MnO₂，同時生成氫離子，電極反應式為Mn²⁺-2e^-+2H₂0=MnO₂+4H⁺；
原電池I中，Pb失電子作負極、Pb0₂作正極，Pb失電子作負極、Pb0₂得電子都和硫酸根離子反應生成硫酸鉛，電池反應式為Pb+Pb0₂+2H₂S0₄=2PbSO₄+2H₂0；
設：當消耗4mol氫離子時轉移電子的物質的量為x，
Pb+Pb0₂+4H⁺+S0₄^2-=2PbSO₄+2H₂0轉移電子
        4mol                  2mol
        4mol                  x
4mol：2mol=4mol：x
x=$\frac{4mol×2mol}{4mol}$=2mol，
串聯電路中轉移電子相等，當轉移2mol電子時生成二氧化錳的質量為y，
Mn²⁺-2e^-+2H₂0=MnO₂+4H⁺；
    2mol     87g
    2mol     y
2mol：87g=2mol：y
y=$\frac{87g×2mol}{2mol}$=87g
現將c mol•L^-1CaCl₂溶液與2.00×10^-2 mol•L^-1 Na₂SO₄溶液等體積混合生成沉淀，溶液中c（Ca²⁺）=$\frac{c}{2}$mol/L，c（SO₄^2-）=1.00×10^-2mol/L，CaSO₄是一種微溶物質，已知K_SP（CaSO₄）=c（Ca²⁺）c（SO₄^2-）=$\frac{c}{2}$mol/L×1.00×10^-2mol/L=9.10×10^-6，c=1.82×10^-3mol/L；
故答案為：Mn²⁺-2e^-+2H₂0=MnO₂+4H⁺；Pb+Pb0₂+2H₂S0₄=2PbSO₄+2H₂0；2 mol；87；1.82×10^-3．

點評 本題考查原電池和電解池原理以及溶度積的計算，側重考查電極反應式的書寫、方程式的計算，明確各個電極上發(fā)生的反應是解本題關鍵，知道串聯電路中轉移電子特點，題目難度不大．