Question

8．I．堿性鋅錳干電池的總反應為Zn+2MnO₂+2H₂O=2MnOOH+Zn（OH）₂．該電池中，負極材料是Zn，正極反應式為MnO₂+e^-+H₂O=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1所示．

請回答下列問題：
（1）Mn_xZn_1-xFe₂O₄中鐵元素化合價為+3，則錳元素的化合價為+2．
（2）活性鐵粉除汞時，鐵粉的作用是還原劑（填“氧化劑”或“還原劑”）．
（3）除汞是以氮氣為載氣吹入濾液中，帶出汞蒸氣經(jīng)KMnO₄溶液進行吸收而實現(xiàn)的．在恒溫下不同pH時，KMnO₄溶液對Hg的單位時間去除率及主要產物如圖2所示．
①寫出pH=2時KMnO₄溶液吸收汞蒸氣的離子方程式5Hg+2MnO₄^-+16H⁺=5Hg²⁺+2Mn²⁺+8H₂O．
②在強酸性環(huán)境中汞的單位時間去除率高，其原因除氫離子濃度增大使KMnO₄溶液的氧化性增強外，還可能是Mn²⁺具有催化作用．
（4）用惰性電極電解K₂MnO₄溶液制備KMnO₄的裝置如圖3所示．
①a應接直流電源的正（填“正”或“負”）極．
②已知25℃，兩室溶液的體積均為100mL，電解一段時間后，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、堿性鋅錳電池的總反應是：Zn+2MnO₂+2H₂O=2MnOOH+Zn（OH）₂，正極MnO₂得電子被還原生成MnOOH，反應式為2MnO₂+2H₂O+2e^-═2MnOOH+2OH^-；
Ⅱ、（1）在Mn_xZn_1-xFe₂O₄中，F(xiàn)e是+3價，O是-2價，Mn和Zn相當于1個原子；
（2）利用鐵粉把Hg還原出來；
（3）①酸性高錳酸鉀具有強氧化性，能夠將Hg氧化；
②從影響化學反應速率的外界因素分析；
（4）電解K₂MnO₄制取KMnO₄，陰極上水得電子發(fā)生還原反應生成氫氣和氫氧根離子，陽極上錳酸根離子失電子反應氧化反應生成高錳酸根離子，據(jù)此分析．

解答 解：Ⅰ、堿性鋅錳電池的總反應是：Zn+2MnO₂+2H₂O=2MnOOH+Zn（OH）₂，Zn為負極，Zn失電子生成鋅離子，正極MnO₂得電子被還原生成MnOOH，反應式為MnO₂+H₂O+e^-═MnOOH+OH^-，
故答案為：Zn；MnO₂+e^-+H₂O=MnOOH+OH^-；
Ⅱ、（1）在Mn_xZn_1-xFe₂O₄中，F(xiàn)e是+3價，O是-2價，Mn和Zn相當于1個原子，任何化合物中元素化合價代數(shù)和為0，所以Mn和Zn都是+2價，故答案為：+2；
（2）鐵粉具有還原性，能把汞離子還原為汞單質，所以鐵粉的作用是還原劑，故答案為：還原劑；
（3）①酸性高錳酸鉀能夠將Hg氧化為汞離子，本身被還原為錳離子，Mn化合價從+7降為+2價，Hg從0價升至+2價，其物質的量之比為5：2，結合原子守恒配平方程式為：5Hg+2MnO₄^-+16H⁺=5Hg²⁺+2Mn²⁺+8H₂O，故答案為：5Hg+2MnO₄^-+16H⁺=5Hg²⁺+2Mn²⁺+8H₂O；
②反應過程中，反應物濃度降低、溫度不變、溶液中壓強無影響，反應速率加快，只能是生成的Mn²⁺具有催化作用，故答案為：Mn²⁺具有催化作用；
（4）①陽極上錳酸根離子失電子反應氧化反應生成高錳酸根離子，所以a為正極，故答案為：正；
②據(jù)電極反應式2H₂O+2e^-=H₂↑+2OH^-可知，兩室溶液的體積均為100mL，電解一段時間后，右室溶液的pH由10變?yōu)?4，生成n（OH^-）=1mol/L×0.1L=0.1mol，總反應方程式為2MnO₄^2-+2H₂O=2MnO₄^-+H₂↑+2OH^-，所以生成MnO₄^2-物質的量為0.1mol，故答案為：0.1．

點評 本題考查了原電池原理、氧化還原反應的計算以及氧化還原反應方程式書寫、影響反應速率的因素、電解池，題目難度較大．