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，副產物是黑色沉淀M．該反應中氧化劑與還原劑的質量之比為1：2．由鋰離子有機高聚物、鋰及M構成原電池，電池反應為Li+M=LiM（s），消耗8.7gM時轉移0.1mol電子．則該電池正極的電極反應為MnO₂+e^-+Li⁺=LiMnO₂．
（2）實驗室用KMnO₄制備O₂和Cl₂．取0.4mol KMnO₄固體加熱一段時間后，收集到
amolO₂，在反應后的殘留固體中加入足量濃鹽酸，加熱又收集到bmolCl₂．設錳元素全部
轉化成Mn²⁺存在于溶液中，當a+b=0.8mol時，在標準狀況下生成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，化學方程式為2MnO₂+4KOH+O₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2K₂MnO₄+2H₂O．用鎳片作陽極（鎳不參與反應），鐵板為陰極，電解K₂MnO₄溶液可制備KMnO₄．上述過程用流程圖表示如下：

則D的化學式為KOH；陽極的電極反應式為MnO₄^2--e^-=MnO₄^-；陽離子遷移方向是K⁺由陽離子交換膜左側向右側遷移．
（4）高錳酸鉀在酸性介質中還原產物為Mn²⁺，廢液中c（Mn²⁺）濃度較大時會污染水體．實驗室可以用過二硫酸銨溶液檢驗廢水中Mn²⁺，實驗現象是溶液變紫紅色（還原產物為SO₄^2-）．過二硫酸可以看成是H₂O₂的衍生物，過二硫酸銨中含有過氧鍵（-O-O-）．寫出檢驗Mn²⁺的離子方程式2Mn²⁺+5S₂O₈^2-+8H₂O=2MnO₄^-+10SO₄^2-+16H⁺．如果將這個反應設計成鹽橋原電池，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）根據題干信息可知反應物為K₂MnO₄、CO₂、生成黑色固體MnO₂、KMnO₄，根據原子守恒書寫化學反應方程式，根據方程式可知3molK₂MnO₄參加反應生成2molKMnO₄、1molMnO₂，據此判斷氧化劑與還原劑的質量之比；原電池的正極上發(fā)生得電子的還原反應；
（2）KMnO₄固體，加熱一段時間后，收集到a mol氧氣，在反應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，根據電子轉移守恒，整個過程中，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，據此計算回答；
（3）根據信息：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來書寫方程式；電解錳酸鉀溶液時，陰極上水得電子生成氫氣和氫氧根離子；
（4）在酸性介質中，往MnSO₄溶液里滴加（NH₄）₂S₂O₈（連二硫酸銨）溶液會發(fā)生氧化還原反應，（NH₄）₂S₂O₈（連二硫酸銨）溶液具有強氧化性，選擇的鹽橋中溶液不能被其氧化．

解答 解：（1）反應物為K₂MnO₄、CO₂、生成黑色固體MnO₂、KMnO₄，所以的化學方程式為：3K₂MnO₄+2CO₂═2KMnO₄+MnO₂+2K₂CO₃；由化學反應方程式：3K₂MnO₄+2CO₂═2KMnO₄+MnO₂+2K₂CO₃分析得出，3molK₂MnO₄參加反應生成2molKMnO₄、1molMnO₂，即3mol高錳酸鉀參與反應有1mol作氧化劑、2mol作還原劑，則反應中氧化劑與還原劑的質量比為1：2；鋰離子有機高聚物、鋰及MnO₂構成原電池，正極上發(fā)生得電子的還原反應，電極反應式為：MnO₂+e^-+Li⁺=LiMnO₂，
故答案為：1：2；MnO₂+e^-+Li⁺=LiMnO₂；
（2）KMnO₄固體，加熱一段時間后，收集到a mol氧氣，在反應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，根據電子轉移守恒，整個過程中，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，在標準狀況下生成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來書寫方程式為：2MnO₂+4KOH+O₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2K₂MnO₄+2H₂O；電解錳酸鉀溶液時陰極上水得電子生成氫氣和氫氧根離子，電極反應為2H₂O+2e^-═H₂↑+2OH^-，iD是氫氧化鉀溶液，陽極上錳酸根離子失電子生成高錳酸根離子，電極反應式為2MnO₄^2--2e^-═2MnO₄^-，K⁺由陽離子交換膜左側向右側遷移，
故答案為：2MnO₂+4KOH+O₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2K₂MnO₄+2H₂O；KOH；MnO₄^2--e^-=MnO₄^-；K⁺由陽離子交換膜左側向右側遷移；
（4）在酸性介質中，往MnSO₄溶液里滴加（NH₄）₂S₂O₈（連二硫酸銨）溶液會發(fā)生氧化還原反應2Mn²⁺+5S₂O₈^2-+8H₂O=2MnO₄^-+10SO₄^2-+16H⁺，（NH₄）₂S₂O₈（連二硫酸銨）溶液具有強氧化性，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．

點評 本題綜合考查電解池的工作原理，方程式的書寫以及電子守恒的計算知識，側重于氧化還原反應知識的考查，難度中等．