Question

8．MnO₂常用于實(shí)驗(yàn)室和電池工業(yè)，回答下列問題：

（1）MnO₂主要存在于軟錳礦中．寫出舍勒用軟錳礦制取Cl₂的離子方程式MnO₂+2Cl^-+4H⁺$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Mn²⁺+Cl₂↑+2H₂O． 
（2）檢驗(yàn)溶液中Mn²⁺的方法為：向待測(cè)溶液中加入硝酸，無明顯現(xiàn)象；繼續(xù)加入難溶于水的NaBiO₃ （還原產(chǎn)物為Bi³⁺），溶液呈紫紅色，寫出反應(yīng)的離子方程式2Mn²⁺+5NaBiO₃+14H⁺=2MnO₄^-+5Na⁺+5Bi³⁺+7H₂O．某生取實(shí)驗(yàn)室制備Cl₂后的冷卻澄清溶液，依次加入硝酸、少量NaBiO₃，發(fā)現(xiàn)溶液變?yōu)樽霞t色后立即褪去，簡(jiǎn)述紫紅色褪去的原因生成的MnO₄^-在酸性溶液中被Cl^-還原為Mn²⁺．
（3）甲、乙分別為工業(yè)制備電解錳和電解MnO₂的原理圖．
①甲池中陽極放出的氣體是氧氣．
②要配制乙池的電解質(zhì)溶液250mL，需要稱取MnSO₄37.75g．
③寫出乙池中反應(yīng)的化學(xué)方程式MnSO₄+2H₂O$\frac{\underline{\;通電\;}}{\;}$MnO₂↓+H₂SO₄+H₂↑．
（4）丙所示電解池，通電后陰極和陽極上分別得到單質(zhì)Mn和MnO₂．
①寫出丙池電解總反應(yīng)的離子方程式2Mn²⁺+2H₂O$\frac{\underline{\;通電\;}}{\;}$Mn+MnO₂↓+4H⁺．
②與甲、乙比較，丙的突出優(yōu)點(diǎn)是制備等量的目標(biāo)產(chǎn)物，丙的能耗最低．
（5）上述方法制備的MnO₂常用于制造電池．寫出堿性鋅錳電池放電時(shí)的總反應(yīng)式Zn+2MnO₂+2H₂O=2MnOOH+Zn（OH）₂．

Answer 1

分析 （1）二氧化錳在加熱條件下與濃鹽酸反應(yīng)生成氯化錳、氯氣和水；
（2）在酸性介質(zhì)中，Mn²⁺被氧化成MnO₄^-，NaBiO₃被還原成Bi³⁺，有高錳酸根離子生成，高錳酸根離子為紫紅色；酸性條件下，高錳酸根離子把氯離子氧化為氯氣；
（3）①陽極上氫氧根離子放電；
②根據(jù)質(zhì)量濃度計(jì)算；
③乙池中陽極上錳離子失電子生成二氧化錳，陰極上氫離子得電子生成氫氣；
（4）①已知陰極和陽極上分別得到單質(zhì)Mn和MnO₂，說明電解時(shí)Mn²⁺在陽極上失電子，在陰極上得電子；
②丙中存在離子交換膜，只允許部分離子通過；
（5）堿性鋅錳電池放電時(shí)，負(fù)極上Zn失電子生成氫氧化鋅，正極上二氧化錳得電子生成MnOOH．

解答 解：（1）二氧化錳在加熱條件下與濃鹽酸反應(yīng)生成氯化錳、氯氣和水，其反應(yīng)的方程式為：MnO₂+2Cl^-+4H⁺$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Mn²⁺+Cl₂↑+2H₂O；
故答案為：MnO₂+2Cl^-+4H⁺$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Mn²⁺+Cl₂↑+2H₂O；
（2）NaBiO₃具有強(qiáng)氧化性（比KMnO₄氧化性強(qiáng)），將Mn²⁺氧化為高錳酸根離子，有高錳酸根離子生成，高錳酸根離子為紫紅色，該反應(yīng)的離子方程式為：2Mn²⁺+5NaBiO₃+14H⁺=2MnO₄^-+5Na⁺+5Bi³⁺+7H₂O；酸性條件下，高錳酸根離子把氯離子氧化為氯氣，因此溶液紫紅色褪去；
故答案為：溶液變?yōu)樽霞t色；2Mn²⁺+5NaBiO₃+14H⁺=2MnO₄^-+5Na⁺+5Bi³⁺+7H₂O；生成的MnO₄^-在酸性溶液中被Cl^-還原為Mn²⁺；
（3）①硫酸錳溶液中，陽極上氫氧根離子放電生成氧氣；
故答案為：氧氣；
②溶液中Mn²⁺的c（Mn²⁺）=55g/L，則溶液中MnSO₄的質(zhì)量為55g/L×0.25L×$\frac{151}{55}$=37.75，故答案為：37.75；
③乙池中陽極上錳離子失電子生成二氧化錳，陰極上氫離子得電子生成氫氣，所以電解硫酸錳溶液的得到二氧化錳、氫氣和硫酸，其方程式為：MnSO₄+2H₂O$\frac{\underline{\;通電\;}}{\;}$MnO₂↓+H₂SO₄+H₂↑；
故答案為：MnSO₄+2H₂O$\frac{\underline{\;通電\;}}{\;}$MnO₂↓+H₂SO₄+H₂↑；
（4）①已知陰極和陽極上分別得到單質(zhì)Mn和MnO₂，說明電解時(shí)Mn²⁺在陽極上失電子，在陰極上得電子；
②丙中存在離子交換膜，只允許部分離子通過，提高了電流效率，所以制備等量的目標(biāo)產(chǎn)物，丙的能耗最低；
故答案為：制備等量的目標(biāo)產(chǎn)物，丙的能耗最低；
（5）堿性鋅錳電池放電時(shí)，負(fù)極上Zn失電子生成氫氧化鋅，正極上二氧化錳得電子生成MnOOH，則電池放電時(shí)的總反應(yīng)式Zn+2MnO₂+2H₂O=2MnOOH+Zn（OH）₂；
故答案為：Zn+2MnO₂+2H₂O=2MnOOH+Zn（OH）₂．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了電解池原理和原電池原理的應(yīng)用，題目難度中等，側(cè)重于考查學(xué)生的分析能力和計(jì)算能力，注意把握兩極上離子的放電順序以及電極方程式的書寫方法．