Question

【題目】錳元素在溶液中主要以Mn2+（很淺的肉色，近乎無色）、MnO42-(綠色)、MnO4-（紫色）形式存在。MnO2不溶于稀硫酸。

（1）將8 mL 0.1 mol·L-1的酸性高錳酸鉀溶液和2 mL l.0mol/L的草酸（H2C2O4）溶液在試管中混合，然后將試管置于25℃水浴中，KMnO4溶液濃度隨時間變化關系如下圖所示。

① 寫出發生反應的離子方程式：____________

② 計算前40秒用草酸表示的平均反應速率v(草酸)=________________.

③ 40s-65s的反應速率比前40s快，解釋原因___________

（2）已知反應3MnO42-+2H2OMnO2+2MnO4-+4OH-。

① 向MnO4-溶液中加入足量稀硫酸，可觀察到的現象是__________.

② 常溫下，在0.512 mol/L K2MnO4溶液中，當pH=14時K2MnO4的轉化率為4/9，則該反應的平衡常數的值為__________

③ 在其他條件不變的條件下，適當升溫有利于降低K2MnO4的轉化率，則該反應的△H___0（填“大于” “小于”或“等于”）。

（3）碳酸錳是一種重要的工業原料。工業生產中常用復分解法生產MnCO3:

MnSO4+2NH4HCO3=MnCO3↓+(NH4)2SO4+CO2↑+H2O。反應中通常需加入稍過量的NH4HCO3，且控制溶液的pH為6.8-7.4. 溶液的pH不能過低也不能過高，原因是_______。設MnSO4溶液為0.19mol/L，則溶液的pH 最高不能超過_________。

[己知MnCO3、Mn(OH)2的Ksp分別為l.8×10-11和1.9×10-13]

（4）制備單質錳的實驗裝置如圖，陽極以稀硫酸為電解液，陰極以硫酸錳和硫酸混合液為電解液，電解裝置中“”表示溶液中陰離子移動的方向。鉑電極的電極反應式為______。

Answer 1

【答案】 5H2C2O4+6H++2MnO4-=10CO2↑+2Mn2++8H2O 1×10-3mol·L-1·s-1 Mn2+是此反應的催化劑，隨著反應的進行，開始生成Mn2+，且濃度越來越大 溶液由綠色變為紫色，并有黑色固體生成 l 小于 pH過低沉淀量少；pH過高MnCO3會生成Mn(OH)2 8.0 Mn2++2e－=Mn、2H++2e-=H2↑

【解析】(1)① 高錳酸鉀與草酸發生氧化還原反應，生成錳離子、二氧化碳和水，反應的離子方程式為5H2C2O4+6H++2MnO4-=10CO2↑+2Mn2++8H2O，故答案為：5H2C2O4+6H++2MnO4-=10CO2↑+2Mn2++8H2O；

② 前40秒KMnO4溶液的濃度變化了0.016mol/L，則草酸的濃度變化為1.6mol/L× =0.04mol/L， v(草酸)= =1×10-3mol·L-1·s-1，故答案為：1×10-3mol·L-1·s-1；

③ 40s-65s的反應速率比前40s快，可能的原因是Mn2+是此反應的催化劑，隨著反應的進行，開始生成Mn2+，且濃度越來越大，故答案為：Mn2+是此反應的催化劑，隨著反應的進行，開始生成Mn2+，且濃度越來越大；

(2) ① 根據反應3MnO42-+2H2OMnO2+2MnO4-+4OH-，向MnO4-溶液中加入足量稀硫酸，氫氧根離子濃度減小，平衡正向移動，溶液由綠色變為紫色，并有黑色固體生成，故答案為：溶液由綠色變為紫色，并有黑色固體生成；

② 常溫下，在0.512 mol/L K2MnO4溶液中，當pH=14時，c(OH-)=1 mol/L K2MnO4的轉化率為4/9，平衡時K2MnO4的濃度為0.512 mol/L×(1-)，KMnO4的濃度為0.512 mol/L××=0.512 mol/L×，則該反應的平衡常數的值為=1，故答案為：1；

③ 在其他條件不變的條件下，適當升溫有利于降低K2MnO4的轉化率，說明降低溫度，平衡正向移動，則該反應的△H＜0，故答案為：小于；

(3)加入稍過量的NH4HCO3能提高MnSO4的裝化率，使MnCO3沉淀完全，溶液的pH不能過低，否則H+可與MnCO3，NH4HCO3反應，溶液的pH也不能過高，pH過高MnCO3會生成Mn(OH)2沉淀，故答案為：使MnCO3沉淀完全；MnCO3沉淀量少，NH4HCO3與酸反應(或MnCO3、NH4HCO3與酸反應溶解)；根據MnCO3、Mn(OH)2的Ksp分別為l.8×10-11和1.9×10-13。Mn(OH)2開始沉淀的c(OH-)= ==10-6 mol/L，pH=8，因此使MnCOspan>3沉淀完全，而且不生成Mn(OH)2，溶液的pH 最高不能超過8，故答案為：pH過低沉淀量少；pH過高MnCO3會生成Mn(OH)2 ； 8.0。

(4)電解池工作時，陰離子向陽極移動，陽離子向陰極移動，由陰離子移動方向可知石墨為陽極，鉑極為陰極，陰極發生還原反應，生成錳的同時，氫離子得到電子被還原生成氫氣，鉑電極的電極反應式為Mn2++2e－=Mn、2H++2e-=H2↑，故答案為：Mn2++2e－=Mn、2H++2e-=H2↑。