Question

9．I．堿性鋅錳干電池的總反應(yīng)為Zn+2MnO₂+2H₂O=2MnOOH+Zn（OH）₂．該電池中，負(fù)極材料是Zn，正極反應(yīng)式為MnO₂+H₂O+e^-═MnOOH+OH^-．
Ⅱ．以廢舊鋅錳干電池處理得到的混合物為原料制備錳鋅鐵氧體的主要流程如圖所示．

請(qǐng)回答下列問(wèn)題：
（1）Mn_xZn_1-xFe₂O₄中鐵元素化合價(jià)為+3，則錳元素的化合價(jià)為+2．
（2）活性鐵粉除汞時(shí)，鐵粉的作用是還原劑（填“氧化劑”或“還原劑”）．
（3）除汞是以氮?dú)鉃檩d氣吹入濾液中，帶出汞蒸氣經(jīng)KMnO₄溶液進(jìn)行吸收而實(shí)現(xiàn)的．在恒溫下不同pH時(shí)，KMnO₄溶液對(duì)Hg的單位時(shí)間去除率及主要產(chǎn)物如圖1所示．

①寫(xiě)出pH=2時(shí)KMnO₄溶液吸收汞蒸氣的離子方程式5Hg+2MnO₄^-+16H⁺═2Mn²⁺+5Hg²⁺+8H₂O．
②在強(qiáng)酸性環(huán)境中汞的單位時(shí)間去除率高，其原因除氫離子濃度增大使KMnO₄；溶液的氧化性增強(qiáng)外，還可能是Mn²⁺對(duì)反應(yīng)起催化作用，單位時(shí)間內(nèi)去除率高．
（4）用惰性電極電解K₂MnO₄溶液制備KMnO₄的裝置如圖2所示．
①a應(yīng)接直流電源的正（填“正”或“負(fù)”）極．
②已知25℃，兩室溶液的體積均為100mL，電解一段時(shí)間后，右室溶液的pH由10變?yōu)?4，則理論上可制得0.1mol KMnO₄ （忽略溶液的體積和溫度變化）．

Answer 1

分析 I．負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)，電極反應(yīng)式為Zn+2OH^--2e^-═Zn（OH）₂，總反應(yīng)式減去負(fù)極反應(yīng)式可得正極反應(yīng)式；
Ⅱ．（1）根據(jù)化合價(jià)規(guī)則判斷錳元素的化合價(jià)；
（2）由流程可知活性鐵粉除汞時(shí)，Hg²⁺被還原為Hg；
（3）①根據(jù)題給圖象知pH=2時(shí)KMnO₄溶液吸收汞蒸氣生成Mn²⁺和Hg²⁺；
②不考慮酸性條件下氧化性增強(qiáng)因素，酸性條件下有Mn²⁺生成，可能是Mn²⁺具有催化作用；
（4）①左室K₂MnO₄發(fā)生氧化反應(yīng)生成KMnO₄，故左側(cè)電極為電解池的陽(yáng)極；
②電解過(guò)程中陽(yáng)極反應(yīng)為MnO₄^2--e^-═MnO₄^-，陰極反應(yīng)為2H₂O+2e^-═H₂↑+2OH^-，根據(jù)右室pH變化計(jì)算生成OH^-的物質(zhì)的量為0.1mol，再結(jié)合電子轉(zhuǎn)移守恒計(jì)算．

解答 解：I．堿性鋅錳干電池的總反應(yīng)為Zn+2MnO₂+2H₂O═2MnOOH+Zn（OH）₂，原電池中負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)，負(fù)極材料是Zn，電極反應(yīng)式為：Zn+2OH^--2e^-═Zn（OH）2，總反應(yīng)式減去負(fù)極反應(yīng)式可得正極反應(yīng)式，則正極反應(yīng)式為：MnO₂+H₂O+e^-═MnOOH+OH^-，
故答案為：Zn；MnO₂+H₂O+e^-═MnOOH+OH^-；
Ⅱ．（1）Mn_xZn_1-xFe₂O₄中鐵元素化合價(jià)為+3，根據(jù)化合價(jià)代數(shù)和為0，可知錳元素的化合價(jià)為+2價(jià)，
故答案為：+2；
（2）由流程知活性鐵粉除汞時(shí)，Hg²⁺被還原為Hg，鐵粉的作用是還原劑，
故答案為：還原劑；
（3）①根據(jù)題給圖象知pH=2時(shí)KMnO₄溶液吸收汞蒸氣生成Mn²⁺和Hg²⁺，反應(yīng)的離子方程式為：5Hg+2MnO₄^-+16H⁺═2Mn²⁺+5Hg²⁺+8H₂O，
故答案為：5Hg+2MnO₄^-+16H⁺═2Mn²⁺+5Hg²⁺+8H₂O；
②在強(qiáng)酸性環(huán)境中汞的單位時(shí)間去除率高，其原因除氫離子濃度增大使KMnO₄溶液的氧化性增強(qiáng)外，還可能是生成的Mn²⁺對(duì)反應(yīng)起催化作用，單位時(shí)間內(nèi)去除率高，
故答案為：Mn²⁺對(duì)反應(yīng)起催化作用，單位時(shí)間內(nèi)去除率高；
（4）①左室K₂MnO₄發(fā)生氧化反應(yīng)生成KMnO₄，故左側(cè)電極為電解池的陽(yáng)極，a應(yīng)接直流電源的正極，
故答案為：正；
②電解過(guò)程中陽(yáng)極反應(yīng)為MnO₄^2--e^-═MnO₄^-，陰極反應(yīng)為2H₂O+2e^-═H₂↑+2OH^-，已知25℃，兩室溶液的體積均為100mL，電解一段時(shí)間后，右室溶液的pH由10變?yōu)?4，電解后氫氧根離子濃度為1mol/L，則生成OH^-的物質(zhì)的量約是為0.1L×1mol/L=0.1mol，由電子轉(zhuǎn)移守恒可知，理論上可制得0.1mol KMnO₄，
故答案為：0.1mol．

點(diǎn)評(píng) 本題考查化學(xué)工藝流程、讀圖獲取信息能力、電化學(xué)等，側(cè)重考查學(xué)生對(duì)知識(shí)的遷移運(yùn)用，難度中等．