Question

已知高锰酸钾、二氧化锰在酸性条件下能将草酸钠（Na₂C₂O₄）氧化：
MnO+C₂O+H⁺→Mn²⁺+CO₂↑+H₂O（未配平）；
MnO₂+C₂O+H⁺→Mn²⁺+CO₂↑+H₂O（未配平）．
为测定某软锰矿中二氧化锰的质量分数，准确称量1.20g软锰矿样品，加入2.68g草酸钠固体，再加入足量的稀硫酸并加热（杂质不参加反应），充分反应后冷却，将所得溶液转移到容量瓶中用蒸馏水稀释至刻度，从中取出25.0mL，用0.0200mol?L^-1高锰酸钾溶液进行滴定．当加入20.0mL溶液时恰好完全反应，试根据以上信息完成下列各题：
（1）配平上述两个离子方程式：
______MnO+______C₂O+______H⁺═______Mn²⁺+______CO₂↑+______H₂O；
______MnO₂+______C₂O+______H⁺═______Mn²⁺+______CO₂↑+______H₂O．
（2）欲求得软锰矿中二氧化锰的质量分数，还缺一个数据，这个数据是______（填数据所代表的意义）．
（3）若该数据的数值为250，求该软锰矿中二氧化锰的质量分数（写出计算过程）．

Answer 1

解：（1）反应中MnO₄^-→Mn²⁺，锰元素化合价由+7价降低为+2价，共降低5价，C₂O₄^2-→CO₂，碳元素化合价由+3价升高为+4，共升高2价，化合价最小公倍数为10，故MnO₄^-系数为2，C₂O₄^2-系数为5，再根据元素守恒可知Mn²⁺系数为2、CO₂系数为10，根据电荷守恒可知H⁺系数为16，根据氢元素守恒可知H₂O系数为8，配平后离子方程式为2MnO₄^-+5C₂O₄^2-+16H⁺=2Mn²⁺+10CO₂+8H₂O．
反应中MnO₂→Mn²⁺，锰元素化合价由+4价降低为+2价，共降低2价，C₂O₄^2-→CO₂，碳元素化合价由+3价升高为+4，共升高2价，化合价最小公倍数为2，故MnO₂系数为1，C₂O₄^2-系数为1，再根据元素守恒可知Mn²⁺系数为1、CO₂系数为2，根据电荷守恒可知H⁺系数为4，根据氢元素守恒可知H₂O系数为2，配平后离子方程式为MnO₂+C₂O₄^2-+4H⁺=Mn²⁺+2CO₂+2H₂O．
故答案为：2、5、16=2、10、8； 1、1、4=1、2、2．
（2）锰酸钾溶液滴定稀释后25.0mL溶液中未反应的C₂O₄^2-，需要知道总共剩余的C₂O₄^2-，才能计算二氧化锰的质量分数，还需要知道稀释后溶液的体积，即该体积为容量瓶的容积．
故答案为：容量瓶的容积．
（3）n（C₂O₄^2-）==0.02 mol，
滴定250 mL稀释后的溶液，消耗n（MnO₄^-）=0.0200 mol?L^-1×0.02 L×10=0.004 mol，
根据氧化还原反应中得失电子数相等，有：
n（MnO₂）×2+0.004 mol×5=0.02 mol×2，
所以n（MnO₂）=0.01 mol，
所以w（MnO₂）=×100%=72.5%．
答：该软锰矿中二氧化锰的质量分数为72.5%．
分析：（1）反应中MnO₄^-→Mn²⁺，锰元素化合价由+7价降低为+2价，共降低5价，C₂O₄^2-→CO₂，碳元素化合价由+3价升高为+4，共升高2价，化合价最小公倍数为10，故MnO₄^-系数为2，C₂O₄^2-系数为5，再根据元素守恒、电荷守恒确定其它物质的系数．
反应中MnO₂→Mn²⁺，锰元素化合价由+4价降低为+2价，共降低2价，C₂O₄^2-→CO₂，碳元素化合价由+3价升高为+4，共升高2价，化合价最小公倍数为2，故MnO₂系数为1，C₂O₄^2-系数为1，再根据元素守恒、电荷守恒确定其它物质的系数．
（2）锰酸钾溶液滴定稀释后25.0mL溶液中未反应的C₂O₄^2-，需要知道总共剩余的C₂O₄^2-，才能计算二氧化锰的质量分数，还需要知道稀释后溶液的体积．
（3）计算出滴定250 mL稀释后的溶液，消耗的n（MnO₄^-），MnO₂与MnO₄^-获得的电子等于2.68g草酸钠提供的电子，即n（MnO₂）×2+n（MnO₄^-）×5=n（C₂O₄^2-）×2，据此计算n（MnO₂），进而计算MnO₂质量分数．
点评：考查氧化还原反应配平、氧化还原反应滴定运用、化学计算等，难度中等，（3）中利用电子转移守恒计算，比利用关系式计算更简便，注意氧化还原反应计算中守恒思想的运用．