Question

9．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+H₂O+e^-═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1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⁺═2Mn²⁺+5Hg²⁺+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⁺对反应起催化作用，单位时间内去除率高．
（4）用惰性电极电解K₂MnO₄溶液制备KMnO₄的装置如图2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．负极发生氧化反应，电极反应式为Zn+2OH^--2e^-═Zn（OH）₂，总反应式减去负极反应式可得正极反应式；
Ⅱ．（1）根据化合价规则判断锰元素的化合价；
（2）由流程可知活性铁粉除汞时，Hg²⁺被还原为Hg；
（3）①根据题给图象知pH=2时KMnO₄溶液吸收汞蒸气生成Mn²⁺和Hg²⁺；
②不考虑酸性条件下氧化性增强因素，酸性条件下有Mn²⁺生成，可能是Mn²⁺具有催化作用；
（4）①左室K₂MnO₄发生氧化反应生成KMnO₄，故左侧电极为电解池的阳极；
②电解过程中阳极反应为MnO₄^2--e^-═MnO₄^-，阴极反应为2H₂O+2e^-═H₂↑+2OH^-，根据右室pH变化计算生成OH^-的物质的量为0.1mol，再结合电子转移守恒计算．

解答 解：I．碱性锌锰干电池的总反应为Zn+2MnO₂+2H₂O═2MnOOH+Zn（OH）₂，原电池中负极发生氧化反应，负极材料是Zn，电极反应式为：Zn+2OH^--2e^-═Zn（OH）2，总反应式减去负极反应式可得正极反应式，则正极反应式为：MnO₂+H₂O+e^-═MnOOH+OH^-，
故答案为：Zn；MnO₂+H₂O+e^-═MnOOH+OH^-；
Ⅱ．（1）Mn_xZn_1-xFe₂O₄中铁元素化合价为+3，根据化合价代数和为0，可知锰元素的化合价为+2价，
故答案为：+2；
（2）由流程知活性铁粉除汞时，Hg²⁺被还原为Hg，铁粉的作用是还原剂，
故答案为：还原剂；
（3）①根据题给图象知pH=2时KMnO₄溶液吸收汞蒸气生成Mn²⁺和Hg²⁺，反应的离子方程式为：5Hg+2MnO₄^-+16H⁺═2Mn²⁺+5Hg²⁺+8H₂O，
故答案为：5Hg+2MnO₄^-+16H⁺═2Mn²⁺+5Hg²⁺+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，还可能是生成的Mn²⁺对反应起催化作用，单位时间内去除率高，
故答案为：Mn²⁺对反应起催化作用，单位时间内去除率高；
（4）①左室K₂MnO₄发生氧化反应生成KMnO₄，故左侧电极为电解池的阳极，a应接直流电源的正极，
故答案为：正；
②电解过程中阳极反应为MnO₄^2--e^-═MnO₄^-，阴极反应为2H₂O+2e^-═H₂↑+2OH^-，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，电解后氢氧根离子浓度为1mol/L，则生成OH^-的物质的量约是为0.1L×1mol/L=0.1mol，由电子转移守恒可知，理论上可制得0.1mol KMnO₄，
故答案为：0.1mol．

点评 本题考查化学工艺流程、读图获取信息能力、电化学等，侧重考查学生对知识的迁移运用，难度中等．