Question

20．KMnO₄常用作氧化剂、防腐剂、消毒剂、漂白剂和水处理剂等．
（1）在K₂MnO₄溶液中通入CO₂可制得高锰酸钾，副产物是黑色沉淀M．该反应中氧化剂与还原剂的质量之比为1：2．由锂离子有机高聚物、锂及M构成原电池，电池反应为Li+M=LiM（s），消耗8.7gM时转移0.1mol电子．则该电池正极的电极反应为MnO₂+e^-+Li⁺=LiMnO₂．
（2）实验室用KMnO₄制备O₂和Cl₂．取0.4mol KMnO₄固体加热一段时间后，收集到
amolO₂，在反应后的残留固体中加入足量浓盐酸，加热又收集到bmolCl₂．设锰元素全部
转化成Mn²⁺存在于溶液中，当a+b=0.8mol时，在标准状况下生成Cl₂的体积为13.44L；
（3）电解K₂MnO₄溶液加以制备KMnO₄．工业上，通常以软锰矿（主要成分是MnO₂）与KOH的混合物在铁坩埚（熔融池）中混合均匀，小火加热至熔融，即可得到绿色的K₂MnO₄，化学方程式为2MnO₂+4KOH+O₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2K₂MnO₄+2H₂O．用镍片作阳极（镍不参与反应），铁板为阴极，电解K₂MnO₄溶液可制备KMnO₄．上述过程用流程图表示如下：

则D的化学式为KOH；阳极的电极反应式为MnO₄^2--e^-=MnO₄^-；阳离子迁移方向是K⁺由阳离子交换膜左侧向右侧迁移．
（4）高锰酸钾在酸性介质中还原产物为Mn²⁺，废液中c（Mn²⁺）浓度较大时会污染水体．实验室可以用过二硫酸铵溶液检验废水中Mn²⁺，实验现象是溶液变紫红色（还原产物为SO₄^2-）．过二硫酸可以看成是H₂O₂的衍生物，过二硫酸铵中含有过氧键（-O-O-）．写出检验Mn²⁺的离子方程式2Mn²⁺+5S₂O₈^2-+8H₂O=2MnO₄^-+10SO₄^2-+16H⁺．如果将这个反应设计成盐桥原电池，盐桥中溶液最好选用饱和K₂SO₄溶液．（选填：饱和KCl溶液、饱和K₂SO₄溶液或饱和NH₄Cl溶液）

Answer 1

分析 （1）根据题干信息可知反应物为K₂MnO₄、CO₂、生成黑色固体MnO₂、KMnO₄，根据原子守恒书写化学反应方程式，根据方程式可知3molK₂MnO₄参加反应生成2molKMnO₄、1molMnO₂，据此判断氧化剂与还原剂的质量之比；原电池的正极上发生得电子的还原反应；
（2）KMnO₄固体，加热一段时间后，收集到a mol氧气，在反应后的残留固体中加入足量的浓盐酸，继续加热，收集到气体b mol氯气，根据电子转移守恒，整个过程中，Mn元素获得电子等于O元素、Cl元素获得的电子，则有：0.4×（7-2）=4a+2b，据此计算回答；
（3）根据信息：软锰矿（主要成分是MnO₂）与KOH的混合物在铁坩埚（熔融池）中混合均匀，小火加热至熔融，即可得到绿色的K₂MnO₄来书写方程式；电解锰酸钾溶液时，阴极上水得电子生成氢气和氢氧根离子；
（4）在酸性介质中，往MnSO₄溶液里滴加（NH₄）₂S₂O₈（连二硫酸铵）溶液会发生氧化还原反应，（NH₄）₂S₂O₈（连二硫酸铵）溶液具有强氧化性，选择的盐桥中溶液不能被其氧化．

解答 解：（1）反应物为K₂MnO₄、CO₂、生成黑色固体MnO₂、KMnO₄，所以的化学方程式为：3K₂MnO₄+2CO₂═2KMnO₄+MnO₂+2K₂CO₃；由化学反应方程式：3K₂MnO₄+2CO₂═2KMnO₄+MnO₂+2K₂CO₃分析得出，3molK₂MnO₄参加反应生成2molKMnO₄、1molMnO₂，即3mol高锰酸钾参与反应有1mol作氧化剂、2mol作还原剂，则反应中氧化剂与还原剂的质量比为1：2；锂离子有机高聚物、锂及MnO₂构成原电池，正极上发生得电子的还原反应，电极反应式为：MnO₂+e^-+Li⁺=LiMnO₂，
故答案为：1：2；MnO₂+e^-+Li⁺=LiMnO₂；
（2）KMnO₄固体，加热一段时间后，收集到a mol氧气，在反应后的残留固体中加入足量的浓盐酸，继续加热，收集到气体b mol氯气，根据电子转移守恒，整个过程中，Mn元素获得电子等于O元素、Cl元素获得的电子，则有：0.4×（7-2）=4a+2b=2mol，a+b=0.8mol，解得a=0.2，b=0.6，在标准状况下生成Cl₂的体积为0.6mol×22.4L/mol=13.44L，
故答案为：13.44；
（3）根据信息：软锰矿（主要成分是MnO₂）与KOH的混合物在铁坩埚（熔融池）中混合均匀，小火加热至熔融，即可得到绿色的K₂MnO₄来书写方程式为：2MnO₂+4KOH+O₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2K₂MnO₄+2H₂O；电解锰酸钾溶液时阴极上水得电子生成氢气和氢氧根离子，电极反应为2H₂O+2e^-═H₂↑+2OH^-，iD是氢氧化钾溶液，阳极上锰酸根离子失电子生成高锰酸根离子，电极反应式为2MnO₄^2--2e^-═2MnO₄^-，K⁺由阳离子交换膜左侧向右侧迁移，
故答案为：2MnO₂+4KOH+O₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2K₂MnO₄+2H₂O；KOH；MnO₄^2--e^-=MnO₄^-；K⁺由阳离子交换膜左侧向右侧迁移；
（4）在酸性介质中，往MnSO₄溶液里滴加（NH₄）₂S₂O₈（连二硫酸铵）溶液会发生氧化还原反应2Mn²⁺+5S₂O₈^2-+8H₂O=2MnO₄^-+10SO₄^2-+16H⁺，（NH₄）₂S₂O₈（连二硫酸铵）溶液具有强氧化性，选择的盐桥中溶液不能被其氧化，可以选择：饱和K₂SO₄溶液．
故答案为：2Mn²⁺+5S₂O₈^2-+8H₂O=2MnO₄^-+10SO₄^2-+16H⁺；饱和K₂SO₄溶液．

点评 本题综合考查电解池的工作原理，方程式的书写以及电子守恒的计算知识，侧重于氧化还原反应知识的考查，难度中等．