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⁺）隨時間變化的情況如圖1，則Mn²⁺物質(zhì)的量在t₁、t₂時段內(nèi)快速增加的原因可能是反應生成的Mn²⁺對反應起催化作用．

（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的pH：

	Mn（OH）2	Fe（OH）2	Fe（OH）3	Cu（OH）2
開始沉淀時pH	8.3	6.3	2.7	4.7
完全沉淀時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后反應的化學方程式為3MnSO₄+KClO₃+3H₂O=3H₂SO₄+3MnO₂↓+KCl，用電解法制備MnO₂時陽極上的電極反應式為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，總反應方程式為LiMn₂O═4Li_1-xMn₂O₄+xLi．若電池的化學能轉化為電能時的能量轉化率為85%，則當消耗14g鋰時，電路中轉移的電子數(shù)目為1.7 N_A．

Answer 1

分析 （1）KMnO₄溶液的pH=7，說明HMnO₄溶液是強酸，根據(jù)pH=-lg（H⁺）來計算；
（2）菱錳礦用鹽酸酸浸，MnCO₃、FeCO₃、Cu₂（OH）₂CO₃與鹽酸反應，SiO₂不與鹽酸反應，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，向濾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Fe³⁺轉化為Fe（OH）₃沉淀，銅離子轉化為氫氧化銅沉淀，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)電解原理進行回答判斷．
（3）根據(jù)方程式和化合價的升降情況進行計算．

解答 解：（1）KMnO₄溶液的pH=7，說明HMnO₄溶液是強酸，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⁺）隨時間變化可以看出：反應生成的Mn²⁺對反應起催化作用；故答案為：2；反應生成的Mn²⁺對反應起催化作用；
（2）①加入試劑a為碳酸錳、Mn（OH）₂等調(diào)節(jié)PH=4時Fe³⁺轉化為Fe（OH）₃沉淀，銅離子轉化為氫氧化銅沉淀，濾渣Ⅱ的成分是Cu（OH）₂、Fe（OH）₃；向濾液中加入試劑雙氧水，將溶液中Fe²⁺氧化為Fe³⁺，發(fā)生反應：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：3MnSO₄+KClO₃+3H₂O=3H₂SO₄+3MnO₂↓+KCl，用電解法制備MnO₂時，陽極上發(fā)生失電子的氧化反應，其電極反應式為：Mn²⁺+2H₂O-2e^-=MnO₂+4H⁺；故答案為：3MnSO₄+KClO₃+3H₂O=3H₂SO₄+3MnO₂↓+KCl；Mn²⁺+2H₂O-2e^-=MnO₂+4H⁺；
（3）根據(jù)充電總反應方程式為LiMn₂O═4Li_1-xMn₂O₄+xLi，則放電時，當消耗14g即2mol鋰時，轉移電子是2mol，電池的化學能轉化為電能時的能量轉化率為85%，所以轉移電子是0.85×2mol=1.7mol，故答案為：1.7．

點評 本題考查混合物分離提純及物質(zhì)制備實驗，為高頻考點，把握實驗流程中的反應、混合物分離提純、電解原理為解答 的關鍵，綜合性較強，側重分析與實驗能力的考查，題目難度不大．