Question

11．锰是重要的过渡元素．
（1）已知常温下KMnO₄溶液的pH=7，则0.01mol/LHMnO₄溶液的pH=2；研究表明，一定温度下将酸性KMnO₄溶液与草酸溶液混合在一起后，溶液内n（Mn²⁺）随时间变化的情况如图1，则Mn²⁺物质的量在t₁、t₂时段内快速增加的原因可能是反应生成的Mn²⁺对反应起催化作用．

（2）工业上以菱锰矿（MnCO₃）[含FeCO₃、SiO₂、Cu₂（OH）₂CO₃等杂质]为原料制取二氧化锰有多种方法，图2是其中的一种生产流程示意图
常温下几种金属氢氧化物沉淀时的pH：

	Mn（OH）2	Fe（OH）2	Fe（OH）3	Cu（OH）2
开始沉淀时pH	8.3	6.3	2.7	4.7
完全沉淀时pH	10.0	8.4	3.7	6.7

①滤渣Ⅱ的成分是Cu（OH）₂、Fe（OH）₃，滤液I中反应的离子方程式为2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺=2Fe³⁺+2H₂O，
为确保除尽杂质而又不损失锰，pH的调整范围为6.7≤pH＜8.3．
②滤液Ⅱ中加入KClO₃、H₂SO₄后反应的化学方程式为3MnSO₄+KClO₃+3H₂O=3H₂SO₄+3MnO₂↓+KCl，用电解法制备MnO₂时阳极上的电极反应式为Mn²⁺+2H₂O-2e^-=MnO₂+4H⁺．
（3）锰也是制备某些高能原电池的材料，某二次水溶液锂离子电池充电时，总反应方程式为LiMn₂O═4Li_1-xMn₂O₄+xLi．若电池的化学能转化为电能时的能量转化率为85%，则当消耗14g锂时，电路中转移的电子数目为1.7 N_A．

Answer 1

分析 （1）KMnO₄溶液的pH=7，说明HMnO₄溶液是强酸，根据pH=-lg（H⁺）来计算；
（2）菱锰矿用盐酸酸浸，MnCO₃、FeCO₃、Cu₂（OH）₂CO₃与盐酸反应，SiO₂不与盐酸反应，过滤得到滤渣1为SiO₂，滤液1中含有氯化镁、氯化亚铁、氯化铜及剩余的HCl，向滤液中加入试剂双氧水，将溶液中Fe²⁺氧化为Fe³⁺，加入试剂a为碳酸锰、Mn（OH）₂等调节PH=4时Fe³⁺转化为Fe（OH）₃沉淀，铜离子转化为氢氧化铜沉淀，过滤除去，滤液2中加入试剂硫酸和氯酸钾，3MnSO₄+KClO₃+3H₂O=3H₂SO₄+3MnO₂↓+KCl，根据电解原理进行回答判断．
（3）根据方程式和化合价的升降情况进行计算．

解答 解：（1）KMnO₄溶液的pH=7，说明HMnO₄溶液是强酸，0.01mol/LHMnO₄溶液pH=-lg（H⁺）=2；一定温度下将酸性KMnO₄溶液与草酸溶液混合在一起后，根据溶液内n（Mn²⁺）随时间变化可以看出：反应生成的Mn²⁺对反应起催化作用；故答案为：2；反应生成的Mn²⁺对反应起催化作用；
（2）①加入试剂a为碳酸锰、Mn（OH）₂等调节PH=4时Fe³⁺转化为Fe（OH）₃沉淀，铜离子转化为氢氧化铜沉淀，滤渣Ⅱ的成分是Cu（OH）₂、Fe（OH）₃；向滤液中加入试剂双氧水，将溶液中Fe²⁺氧化为Fe³⁺，发生反应：2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺=2Fe³⁺+2H₂O；为确保除尽铁离子、铜离子杂质而又不损失锰，pH的调整范围为：6.7≤pH＜8.3；
故答案为：Cu（OH）₂、Fe（OH）₃；2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺=2Fe³⁺+2H₂O；6.7≤pH＜8.3；
②滤液2中加入试剂硫酸和氯酸钾，发生反应：3MnSO₄+KClO₃+3H₂O=3H₂SO₄+3MnO₂↓+KCl，用电解法制备MnO₂时，阳极上发生失电子的氧化反应，其电极反应式为：Mn²⁺+2H₂O-2e^-=MnO₂+4H⁺；故答案为：3MnSO₄+KClO₃+3H₂O=3H₂SO₄+3MnO₂↓+KCl；Mn²⁺+2H₂O-2e^-=MnO₂+4H⁺；
（3）根据充电总反应方程式为LiMn₂O═4Li_1-xMn₂O₄+xLi，则放电时，当消耗14g即2mol锂时，转移电子是2mol，电池的化学能转化为电能时的能量转化率为85%，所以转移电子是0.85×2mol=1.7mol，故答案为：1.7．

点评 本题考查混合物分离提纯及物质制备实验，为高频考点，把握实验流程中的反应、混合物分离提纯、电解原理为解答 的关键，综合性较强，侧重分析与实验能力的考查，题目难度不大．