Question

20．錳及化合物可用于電池、制作坦克的鋼甲等材料．
（1）Mn的最高價氧化物的化學式為Mn₂O₇，該氧化物屬于酸性（填“酸性”或“堿性”）氧化物．
（2）工業(yè)上常用電解錳酸鉀（K₂MnO₄）溶液的方法制備KMnO₄，陰極上的產(chǎn)物為H₂，陽極的電極反應式為MnO₄^2--e^-=MnO₄^-．
（3）以NaBH₄和H₂O₂為原料的燃料電池可用于空軍通信衛(wèi)星電源，該電池的負極材料為石墨，征集材料為MnO₂，電解質(zhì)溶液顯堿性．MnO₂的作用有兩個，分別是作正極材料和作催化劑，負極上的BH₄^-被氧化為BO₂^-，該電極的電極反應式為BH₄^-+8OH^--8e^-=BO₂^-+6H₂O．
（4）實驗室可用軟錳礦（主要成分為MnO₂）制備KMnO₄，其原理如下：高溫下，熔融的軟錳礦與過量固體KOH反應在不斷通入空氣的情況下會反應生成K₂MnO₄（錳酸鉀）；用水溶解，濾去殘渣；酸化濾液，K₂MnO₄轉化為MnO₂和KMnO₄；再濾去沉淀MnO₂，濃縮濾液，得到深紫色的針狀KMnO₄晶體．
①用軟錳礦制備K₂MnO₄的化學方程式是2MnO₂+4KOH+O₂=2K₂MnO₄+2H₂O．
②若用5g軟錳礦（MnO₂的質(zhì)量分數(shù)為70%）進行上述實驗，則KMnO₄的理論產(chǎn)量為4.24 g（精確到0.01，不考慮K₂MnO₄沉淀的循環(huán)利用）

Answer 1

分析 （1）錳元素的最高價是+7價，根據(jù)化合價規(guī)則書寫化學式，可以和堿反應生成鹽和水的氧化物屬于酸性氧化物；
（2）用電解錳酸鉀（K₂MnO₄）溶液的方法制備KMnO₄，在陰極上發(fā)生還原反應，陽極上發(fā)生氧化反應；
（3）以NaBH₄和H₂O₂為原料的燃料電池中，雙氧水得電子發(fā)生還原反應，負極上BH₄^-得電子和氫氧根離子反應生成BO₂^-，二氧化錳可作雙氧水的催化劑；
（4）①軟錳礦制備K₂MnO₄的反應物是MnO₂、6KOH和KClO₃，反應條件是加熱，生成物是3K₂MnO₄、KCl和3H₂O；
②利用化學反應方程式及二氧化錳的質(zhì)量代入計算．

解答 解：（1）錳元素的最高價是+7價，Mn的最高價氧化物的化學式為Mn₂O₇，Mn₂O₇可以和堿反應生成鹽和水，屬于酸性氧化物，故答案為：Mn₂O₇；酸性；
（2）用電解錳酸鉀（K₂MnO₄）溶液的方法制備KMnO₄，在陰極上發(fā)生還原反應，2H⁺+2e^-=H₂↑，陽極上發(fā)生氧化反應；MnO₄^2--e^-=MnO₄^-；
故答案為：H₂；MnO₄^2--e^-=MnO₄^-；
（3）電極MnO₂為正極，H₂O₂發(fā)生還原反應，負極發(fā)生氧化反應生成BO₂^-，電極反應式為BH₄^-+8OH^--8e^-=BO₂^-+6H₂O，MnO₂既作電極材料又有催化作用；
故答案為：作催化劑；BH₄^-+8OH^--8e^-=BO₂^-+6H₂O；
（4）①熔融的軟錳礦與過量固體KOH反應在不斷通入空氣的情況下會反應生成K₂MnO₄（錳酸鉀），則反應為2MnO₂+4KOH+O₂=2K₂MnO₄+2H₂O，故答案為：2MnO₂+4KOH+O₂=2K₂MnO₄+2H₂O；
②由2MnO₂+4KOH+O₂=2K₂MnO₄+2H₂O、3MnO₄^2-+4H⁺═MnO₂↓+2MnO₄^-+2H₂O可知，反應物和生成物間的計量關系為：
MnO₂→K₂MnO₄→$\frac{2}{3}$KMnO₄
87         158×$\frac{2}{3}$
5×70%       x
x=4.24，故答案為：4.24．

點評 本題考查電極反應方程式的書寫及有關氧化還原反應的計算，明確反應物與生成物及物質(zhì)之間的關系是解答的關鍵，其中（4）計算是本題難點，整體難度中等．