Question

2．锰及其化合物在现代工业及国防建设中具有十分重要的地位．
Ⅰ．二氧化锰、锌是制造干电池的重要原料．
（1）锰原子的原子核内有25个质子．锰在元素周期表中的位置为第四周期ⅦB族，其基态原子的核外电子排布式为[Ar]3d⁵4S²．
（2）碱性锌锰电池的总反应是：Zn+2MnO₂+2H₂O=2MnOOH+Zn（OH）₂，其中锌作负极，正极上发生的反应是MnO₂+e^-+H₂O=MnOOH+OH^-．
（3）向废旧锌锰电池内的混合物[主要成分MnOOH、Zn（OH）₂]中加入一定量的稀硫酸和稀草酸（H₂C₂O₄），并不断搅拌至无CO₂产生为止，写出MnOOH参与反应的化学方程式：2MnOOH+H₂C₂O₄+2H₂SO4=2CO₂↑+2MnSO₄+4H₂O．
Ⅱ．锂锰电池的体积小，性能优良，是常用的一次电池．该电池反应原理如图所示，其中电解质LiClO₄溶于混合有机溶剂中，Li+通过电解质迁移入MnO₂晶体中，生LiMnO₂．回答下列问题：
（4）ClO₄^-的空间结构为正四面体．
（5）该电池正极反应为Li⁺+MnO₂+e^-=LiMnO₂．
Ⅲ．
（6）KMnO₄是一种十分重要的氧化剂，工业可用软锰矿为原料先制得锰酸钾，然后电解锰酸钾溶液就可以得到KMnO₄，则电解时，阳极上的电极反应为2MnO₄^2--2e^-=2MnO₄^-，当电路中有2mol电子通过时，阴极上得到的产物的质量为2g．

Answer 1

分析 （1）根据锰原子基态原子的核外电子排布式为[Ar]3d⁵4S²来判断锰在元素周期表中的位置；
（2）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^-；
（3）根据反应物有稀草酸，产物有二氧化碳，则说明碳元素化合价升高发生氧化还原反应，所以锰化合价降低生成二价的MnSO₄，据此书写；
（4）计算ClO₄^-的价电子对数，结合配位原子数得到空间构型；
（5）形成原电池反应时，Li为负极，被氧化，电极方程式为Li-e^-=Li⁺，MnO₂为正极，被还原，电极方程式为MnO₂+e^-+Li⁺=LiMnO₂；
（6）电解锰酸钾溶液时，阴极上水得电子生成氢气和氢氧根离子，电极反应为2H₂O+2e^-=H₂↑+2OH^-，阳极上锰酸根离子失电子生成高锰酸根离子，电极反应式为2MnO₄^2--2e^-=2MnO₄^-；根据关系式：2e^-～H₂求质量．

解答 解：（1）锰原子的原子核内有25个质子，则基态原子的核外电子排布式为[Ar]3d⁵4S²，所以元素周期表中的位置为第四周期ⅦB族，
故答案为：第四周期ⅦB族；[Ar]3d⁵4S²；
（2）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MnO₂+H₂O+e^-═MnOOH+OH^-，
故答案为：MnO₂+e^-+H₂O=MnOOH+OH^-；
（3）因为反应物有稀草酸，产物有二氧化碳，则说明碳元素化合价升高发生氧化还原反应，所以锰化合价降低生成二价的MnSO₄，方程式为2MnOOH+H₂C₂O₄+2H₂SO4=2CO₂↑+2MnSO₄+4H₂O，故答案为：2MnOOH+H₂C₂O₄+2H₂SO4=2CO₂↑+2MnSO₄+4H₂O；
（4）ClO₄^-的价电子对数为$\frac{7+1}{2}$=4，即形成了四条新的杂化轨道，配位数为4，无孤对电子，其离子团空间构型为正四面体，故答案为：正四面体；
（5）MnO₂为正极，被还原，电极方程式为MnO₂+e^-+Li⁺=LiMnO₂，故答案为：Li⁺+MnO₂+e^-=LiMnO₂；
（6）电解锰酸钾溶液时，阴极上水得电子生成氢气和氢氧根离子，电极反应为2H₂O+2e^-=H₂↑+2OH^-，阳极上锰酸根离子失电子生成高锰酸根离子，电极反应式为2MnO₄^2--2e^-=2MnO₄^-；根据关系式：2e^-～KMnO₄，当电路中有2mol电子通过时，阴极上得到1molH₂，m（H₂）=1mol×2g/mol=2g；
故答案为：2MnO₄^2--2e^-=2MnO₄^-；2g．

点评 本题侧重于电化学知识以及氧化还原反应的全面考查，为高频考点，题目难度适中，能很好地考查学生的分析能力以及电化学知识的综合理解和运用，难度中等．