Question

20．锰及化合物可用于电池、制作坦克的钢甲等材料．
（1）Mn的最高价氧化物的化学式为Mn₂O₇，该氧化物属于酸性（填“酸性”或“碱性”）氧化物．
（2）工业上常用电解锰酸钾（K₂MnO₄）溶液的方法制备KMnO₄，阴极上的产物为H₂，阳极的电极反应式为MnO₄^2--e^-=MnO₄^-．
（3）以NaBH₄和H₂O₂为原料的燃料电池可用于空军通信卫星电源，该电池的负极材料为石墨，征集材料为MnO₂，电解质溶液显碱性．MnO₂的作用有两个，分别是作正极材料和作催化剂，负极上的BH₄^-被氧化为BO₂^-，该电极的电极反应式为BH₄^-+8OH^--8e^-=BO₂^-+6H₂O．
（4）实验室可用软锰矿（主要成分为MnO₂）制备KMnO₄，其原理如下：高温下，熔融的软锰矿与过量固体KOH反应在不断通入空气的情况下会反应生成K₂MnO₄（锰酸钾）；用水溶解，滤去残渣；酸化滤液，K₂MnO₄转化为MnO₂和KMnO₄；再滤去沉淀MnO₂，浓缩滤液，得到深紫色的针状KMnO₄晶体．
①用软锰矿制备K₂MnO₄的化学方程式是2MnO₂+4KOH+O₂=2K₂MnO₄+2H₂O．
②若用5g软锰矿（MnO₂的质量分数为70%）进行上述实验，则KMnO₄的理论产量为4.24 g（精确到0.01，不考虑K₂MnO₄沉淀的循环利用）

Answer 1

分析 （1）锰元素的最高价是+7价，根据化合价规则书写化学式，可以和碱反应生成盐和水的氧化物属于酸性氧化物；
（2）用电解锰酸钾（K₂MnO₄）溶液的方法制备KMnO₄，在阴极上发生还原反应，阳极上发生氧化反应；
（3）以NaBH₄和H₂O₂为原料的燃料电池中，双氧水得电子发生还原反应，负极上BH₄^-得电子和氢氧根离子反应生成BO₂^-，二氧化锰可作双氧水的催化剂；
（4）①软锰矿制备K₂MnO₄的反应物是MnO₂、6KOH和KClO₃，反应条件是加热，生成物是3K₂MnO₄、KCl和3H₂O；
②利用化学反应方程式及二氧化锰的质量代入计算．

解答 解：（1）锰元素的最高价是+7价，Mn的最高价氧化物的化学式为Mn₂O₇，Mn₂O₇可以和碱反应生成盐和水，属于酸性氧化物，故答案为：Mn₂O₇；酸性；
（2）用电解锰酸钾（K₂MnO₄）溶液的方法制备KMnO₄，在阴极上发生还原反应，2H⁺+2e^-=H₂↑，阳极上发生氧化反应；MnO₄^2--e^-=MnO₄^-；
故答案为：H₂；MnO₄^2--e^-=MnO₄^-；
（3）电极MnO₂为正极，H₂O₂发生还原反应，负极发生氧化反应生成BO₂^-，电极反应式为BH₄^-+8OH^--8e^-=BO₂^-+6H₂O，MnO₂既作电极材料又有催化作用；
故答案为：作催化剂；BH₄^-+8OH^--8e^-=BO₂^-+6H₂O；
（4）①熔融的软锰矿与过量固体KOH反应在不断通入空气的情况下会反应生成K₂MnO₄（锰酸钾），则反应为2MnO₂+4KOH+O₂=2K₂MnO₄+2H₂O，故答案为：2MnO₂+4KOH+O₂=2K₂MnO₄+2H₂O；
②由2MnO₂+4KOH+O₂=2K₂MnO₄+2H₂O、3MnO₄^2-+4H⁺═MnO₂↓+2MnO₄^-+2H₂O可知，反应物和生成物间的计量关系为：
MnO₂→K₂MnO₄→$\frac{2}{3}$KMnO₄
87         158×$\frac{2}{3}$
5×70%       x
x=4.24，故答案为：4.24．

点评 本题考查电极反应方程式的书写及有关氧化还原反应的计算，明确反应物与生成物及物质之间的关系是解答的关键，其中（4）计算是本题难点，整体难度中等．