Question

8．I．碱性锌锰干电池的总反应为Zn+2MnO₂+2H₂O=2MnOOH+Zn（OH）₂．该电池中，负极材料是Zn，正极反应式为MnO₂+e^-+H₂O=MnOOH+OH^-．
Ⅱ．以废旧锌锰干电池处理得到的混合物为原料制备锰锌铁氧体的主要流程如图1所示．

请回答下列问题：
（1）Mn_xZn_1-xFe₂O₄中铁元素化合价为+3，则锰元素的化合价为+2．
（2）活性铁粉除汞时，铁粉的作用是还原剂（填“氧化剂”或“还原剂”）．
（3）除汞是以氮气为载气吹入滤液中，带出汞蒸气经KMnO₄溶液进行吸收而实现的．在恒温下不同pH时，KMnO₄溶液对Hg的单位时间去除率及主要产物如图2所示．
①写出pH=2时KMnO₄溶液吸收汞蒸气的离子方程式5Hg+2MnO₄^-+16H⁺=5Hg²⁺+2Mn²⁺+8H₂O．
②在强酸性环境中汞的单位时间去除率高，其原因除氢离子浓度增大使KMnO₄溶液的氧化性增强外，还可能是Mn²⁺具有催化作用．
（4）用惰性电极电解K₂MnO₄溶液制备KMnO₄的装置如图3所示．
①a应接直流电源的正（填“正”或“负”）极．
②已知25℃，两室溶液的体积均为100mL，电解一段时间后，右室溶液的pH由10变为14，则理论上可制得0.1mol KMnO₄ （忽略溶液的体积和温度变化）．

Answer 1

分析 Ⅰ、碱性锌锰电池的总反应是：Zn+2MnO₂+2H₂O=2MnOOH+Zn（OH）₂，正极MnO₂得电子被还原生成MnOOH，反应式为2MnO₂+2H₂O+2e^-═2MnOOH+2OH^-；
Ⅱ、（1）在Mn_xZn_1-xFe₂O₄中，Fe是+3价，O是-2价，Mn和Zn相当于1个原子；
（2）利用铁粉把Hg还原出来；
（3）①酸性高锰酸钾具有强氧化性，能够将Hg氧化；
②从影响化学反应速率的外界因素分析；
（4）电解K₂MnO₄制取KMnO₄，阴极上水得电子发生还原反应生成氢气和氢氧根离子，阳极上锰酸根离子失电子反应氧化反应生成高锰酸根离子，据此分析．

解答 解：Ⅰ、碱性锌锰电池的总反应是：Zn+2MnO₂+2H₂O=2MnOOH+Zn（OH）₂，Zn为负极，Zn失电子生成锌离子，正极MnO₂得电子被还原生成MnOOH，反应式为MnO₂+H₂O+e^-═MnOOH+OH^-，
故答案为：Zn；MnO₂+e^-+H₂O=MnOOH+OH^-；
Ⅱ、（1）在Mn_xZn_1-xFe₂O₄中，Fe是+3价，O是-2价，Mn和Zn相当于1个原子，任何化合物中元素化合价代数和为0，所以Mn和Zn都是+2价，故答案为：+2；
（2）铁粉具有还原性，能把汞离子还原为汞单质，所以铁粉的作用是还原剂，故答案为：还原剂；
（3）①酸性高锰酸钾能够将Hg氧化为汞离子，本身被还原为锰离子，Mn化合价从+7降为+2价，Hg从0价升至+2价，其物质的量之比为5：2，结合原子守恒配平方程式为：5Hg+2MnO₄^-+16H⁺=5Hg²⁺+2Mn²⁺+8H₂O，故答案为：5Hg+2MnO₄^-+16H⁺=5Hg²⁺+2Mn²⁺+8H₂O；
②反应过程中，反应物浓度降低、温度不变、溶液中压强无影响，反应速率加快，只能是生成的Mn²⁺具有催化作用，故答案为：Mn²⁺具有催化作用；
（4）①阳极上锰酸根离子失电子反应氧化反应生成高锰酸根离子，所以a为正极，故答案为：正；
②据电极反应式2H₂O+2e^-=H₂↑+2OH^-可知，两室溶液的体积均为100mL，电解一段时间后，右室溶液的pH由10变为14，生成n（OH^-）=1mol/L×0.1L=0.1mol，总反应方程式为2MnO₄^2-+2H₂O=2MnO₄^-+H₂↑+2OH^-，所以生成MnO₄^2-物质的量为0.1mol，故答案为：0.1．

点评 本题考查了原电池原理、氧化还原反应的计算以及氧化还原反应方程式书写、影响反应速率的因素、电解池，题目难度较大．