Question

11．錳是重要的過渡元素．
（1）已知常溫下KMnO₄溶液的pH=7，則0.01mol/LHMnO₄溶液的pH=2；研究表明，一定溫度下將酸性KMnO₄溶液與草酸溶液混合在一起后，溶液內(nèi)n（Mn²⁺）隨時(shí)間變化的情況如圖1，則Mn²⁺物質(zhì)的量在t₁、t₂時(shí)段內(nèi)快速增加的原因可能是反應(yīng)生成的Mn²⁺對(duì)反應(yīng)起催化作用．

（2）工業(yè)上以菱錳礦（MnCO₃）[含F(xiàn)eCO₃、SiO₂、Cu₂（OH）₂CO₃等雜質(zhì)]為原料制取二氧化錳有多種方法，圖2是其中的一種生產(chǎn)流程示意圖
常溫下幾種金屬氫氧化物沉淀時(shí)的pH：

	Mn（OH）2	Fe（OH）2	Fe（OH）3	Cu（OH）2
開始沉淀時(shí)pH	8.3	6.3	2.7	4.7
完全沉淀時(shí)pH	10.0	8.4	3.7	6.7

①濾渣Ⅱ的成分是Cu（OH）₂、Fe（OH）₃，濾液I中反應(yīng)的離子方程式為2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺=2Fe³⁺+2H₂O，
為確保除盡雜質(zhì)而又不損失錳，pH的調(diào)整范圍為6.7≤pH＜8.3．
②濾液Ⅱ中加入KClO₃、H₂SO₄后反應(yīng)的化學(xué)方程式為3MnSO₄+KClO₃+3H₂O=3H₂SO₄+3MnO₂↓+KCl，用電解法制備MnO₂時(shí)陽極上的電極反應(yīng)式為Mn²⁺+2H₂O-2e^-=MnO₂+4H⁺．
（3）錳也是制備某些高能原電池的材料，某二次水溶液鋰離子電池充電時(shí)，總反應(yīng)方程式為LiMn₂O═4Li_1-xMn₂O₄+xLi．若電池的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能時(shí)的能量轉(zhuǎn)化率為85%，則當(dāng)消耗14g鋰時(shí)，電路中轉(zhuǎn)移的電子數(shù)目為1.7 N_A．

Answer 1

分析 （1）KMnO₄溶液的pH=7，說明HMnO₄溶液是強(qiáng)酸，根據(jù)pH=-lg（H⁺）來計(jì)算；
（2）菱錳礦用鹽酸酸浸，MnCO₃、FeCO₃、Cu₂（OH）₂CO₃與鹽酸反應(yīng)，SiO₂不與鹽酸反應(yīng)，過濾得到濾渣1為SiO₂，濾液1中含有氯化鎂、氯化亞鐵、氯化銅及剩余的HCl，向?yàn)V液中加入試劑雙氧水，將溶液中Fe²⁺氧化為Fe³⁺，加入試劑a為碳酸錳、Mn（OH）₂等調(diào)節(jié)PH=4時(shí)Fe³⁺轉(zhuǎn)化為Fe（OH）₃沉淀，銅離子轉(zhuǎn)化為氫氧化銅沉淀，過濾除去，濾液2中加入試劑硫酸和氯酸鉀，3MnSO₄+KClO₃+3H₂O=3H₂SO₄+3MnO₂↓+KCl，根據(jù)電解原理進(jìn)行回答判斷．
（3）根據(jù)方程式和化合價(jià)的升降情況進(jìn)行計(jì)算．

解答 解：（1）KMnO₄溶液的pH=7，說明HMnO₄溶液是強(qiáng)酸，0.01mol/LHMnO₄溶液pH=-lg（H⁺）=2；一定溫度下將酸性KMnO₄溶液與草酸溶液混合在一起后，根據(jù)溶液內(nèi)n（Mn²⁺）隨時(shí)間變化可以看出：反應(yīng)生成的Mn²⁺對(duì)反應(yīng)起催化作用；故答案為：2；反應(yīng)生成的Mn²⁺對(duì)反應(yīng)起催化作用；
（2）①加入試劑a為碳酸錳、Mn（OH）₂等調(diào)節(jié)PH=4時(shí)Fe³⁺轉(zhuǎn)化為Fe（OH）₃沉淀，銅離子轉(zhuǎn)化為氫氧化銅沉淀，濾渣Ⅱ的成分是Cu（OH）₂、Fe（OH）₃；向?yàn)V液中加入試劑雙氧水，將溶液中Fe²⁺氧化為Fe³⁺，發(fā)生反應(yīng)：2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺=2Fe³⁺+2H₂O；為確保除盡鐵離子、銅離子雜質(zhì)而又不損失錳，pH的調(diào)整范圍為：6.7≤pH＜8.3；
故答案為：Cu（OH）₂、Fe（OH）₃；2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺=2Fe³⁺+2H₂O；6.7≤pH＜8.3；
②濾液2中加入試劑硫酸和氯酸鉀，發(fā)生反應(yīng)：3MnSO₄+KClO₃+3H₂O=3H₂SO₄+3MnO₂↓+KCl，用電解法制備MnO₂時(shí)，陽極上發(fā)生失電子的氧化反應(yīng)，其電極反應(yīng)式為：Mn²⁺+2H₂O-2e^-=MnO₂+4H⁺；故答案為：3MnSO₄+KClO₃+3H₂O=3H₂SO₄+3MnO₂↓+KCl；Mn²⁺+2H₂O-2e^-=MnO₂+4H⁺；
（3）根據(jù)充電總反應(yīng)方程式為LiMn₂O═4Li_1-xMn₂O₄+xLi，則放電時(shí)，當(dāng)消耗14g即2mol鋰時(shí)，轉(zhuǎn)移電子是2mol，電池的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能時(shí)的能量轉(zhuǎn)化率為85%，所以轉(zhuǎn)移電子是0.85×2mol=1.7mol，故答案為：1.7．

點(diǎn)評(píng) 本題考查混合物分離提純及物質(zhì)制備實(shí)驗(yàn)，為高頻考點(diǎn)，把握實(shí)驗(yàn)流程中的反應(yīng)、混合物分離提純、電解原理為解答 的關(guān)鍵，綜合性較強(qiáng)，側(cè)重分析與實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ目疾�，題目難度不大．