题目内容

19.锰及其化合物应用越来越广泛,MnO2是一种重要的无机功能材料,制备MnO2的方法之一是以石墨为电极,电解酸化的MnSO4溶液,阳极的电极反应式为Mn2+-2e-+2H20=MnO2+4H+.
现以铅蓄电池为电源电解酸化的MnS04溶液,如图所示,铅蓄电池的总反应方程式为Pb+Pb02+2H2S04=2PbSO4+2H20,当蓄电池中有4mol H+被消耗时,则电路中通过的电子的物质的量为2mol,MnO2的理论产量为87g.
CaSO4是一种微溶物质,已知Ksp(CaSO4)=9.10×10-6.现将c mol•L-1 CaCl2溶液与2.00×10-2 mol•L-1 Na2SO4溶液等体积混合生成沉淀,则c的最小值是1.82×10-3(结果保留3位有效数字).

分析 II中阳极上Mn2+放电发生氧化反应而生成MnO2;原电池I中,Pb失电子作负极、Pb02作正极,Pb失电子作负极、Pb02得电子都和硫酸根离子反应生成硫酸铅;根据氢离子和转移电子之间的关系式计算转移电子的物质的量,根据转移电子相等计算二氧化锰的质量;依据沉淀溶解平衡的溶度积常数分析计算.

解答 解:II中阳极上Mn2+放电发生氧化反应而生成MnO2,同时生成氢离子,电极反应式为Mn2+-2e-+2H20=MnO2+4H+;
原电池I中,Pb失电子作负极、Pb02作正极,Pb失电子作负极、Pb02得电子都和硫酸根离子反应生成硫酸铅,电池反应式为Pb+Pb02+2H2S04=2PbSO4+2H20;
设:当消耗4mol氢离子时转移电子的物质的量为x,
Pb+Pb02+4H++S042-=2PbSO4+2H20转移电子
        4mol                  2mol
        4mol                  x
4mol:2mol=4mol:x
x=$\frac{4mol×2mol}{4mol}$=2mol,
串联电路中转移电子相等,当转移2mol电子时生成二氧化锰的质量为y,
Mn2+-2e-+2H20=MnO2+4H+;
    2mol     87g
    2mol     y
2mol:87g=2mol:y
y=$\frac{87g×2mol}{2mol}$=87g
现将c mol•L-1CaCl2溶液与2.00×10-2 mol•L-1 Na2SO4溶液等体积混合生成沉淀,溶液中c(Ca2+)=$\frac{c}{2}$mol/L,c(SO42-)=1.00×10-2mol/L,CaSO4是一种微溶物质,已知KSP(CaSO4)=c(Ca2+)c(SO42-)=$\frac{c}{2}$mol/L×1.00×10-2mol/L=9.10×10-6,c=1.82×10-3mol/L;
故答案为:Mn2+-2e-+2H20=MnO2+4H+;Pb+Pb02+2H2S04=2PbSO4+2H20;2 mol;87;1.82×10-3.

点评 本题考查原电池和电解池原理以及溶度积的计算,侧重考查电极反应式的书写、方程式的计算,明确各个电极上发生的反应是解本题关键,知道串联电路中转移电子特点,题目难度不大.

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