Question

2．錳及其化合物在現代工業及國防建設中具有十分重要的地位．
Ⅰ．二氧化錳、鋅是制造干電池的重要原料．
（1）錳原子的原子核內有25個質子．錳在元素周期表中的位置為第四周期ⅦB族，其基態原子的核外電子排布式為[Ar]3d⁵4S²．
（2）堿性鋅錳電池的總反應是：Zn+2MnO₂+2H₂O=2MnOOH+Zn（OH）₂，其中鋅作負極，正極上發生的反應是MnO₂+e^-+H₂O=MnOOH+OH^-．
（3）向廢舊鋅錳電池內的混合物[主要成分MnOOH、Zn（OH）₂]中加入一定量的稀硫酸和稀草酸（H₂C₂O₄），并不斷攪拌至無CO₂產生為止，寫出MnOOH參與反應的化學方程式：2MnOOH+H₂C₂O₄+2H₂SO4=2CO₂↑+2MnSO₄+4H₂O．
Ⅱ．鋰錳電池的體積小，性能優良，是常用的一次電池．該電池反應原理如圖所示，其中電解質LiClO₄溶于混合有機溶劑中，Li+通過電解質遷移入MnO₂晶體中，生LiMnO₂．回答下列問題：
（4）ClO₄^-的空間結構為正四面體．
（5）該電池正極反應為Li⁺+MnO₂+e^-=LiMnO₂．
Ⅲ．
（6）KMnO₄是一種十分重要的氧化劑，工業可用軟錳礦為原料先制得錳酸鉀，然后電解錳酸鉀溶液就可以得到KMnO₄，則電解時，陽極上的電極反應為2MnO₄^2--2e^-=2MnO₄^-，當電路中有2mol電子通過時，陰極上得到的產物的質量為2g．

Answer 1

分析 （1）根據錳原子基態原子的核外電子排布式為[Ar]3d⁵4S²來判斷錳在元素周期表中的位置；
（2）堿性鋅錳電池的總反應是：Zn+2MnO₂+2H₂O=2MnOOH+Zn（OH）₂，正極MnO₂得電子被還原生成MnOOH，反應式為2MnO₂+2H₂O+2e^-═2MnOOH+2OH^-；
（3）根據反應物有稀草酸，產物有二氧化碳，則說明碳元素化合價升高發生氧化還原反應，所以錳化合價降低生成二價的MnSO₄，據此書寫；
（4）計算ClO₄^-的價電子對數，結合配位原子數得到空間構型；
（5）形成原電池反應時，Li為負極，被氧化，電極方程式為Li-e^-=Li⁺，MnO₂為正極，被還原，電極方程式為MnO₂+e^-+Li⁺=LiMnO₂；
（6）電解錳酸鉀溶液時，陰極上水得電子生成氫氣和氫氧根離子，電極反應為2H₂O+2e^-=H₂↑+2OH^-，陽極上錳酸根離子失電子生成高錳酸根離子，電極反應式為2MnO₄^2--2e^-=2MnO₄^-；根據關系式：2e^-～H₂求質量．

解答 解：（1）錳原子的原子核內有25個質子，則基態原子的核外電子排布式為[Ar]3d⁵4S²，所以元素周期表中的位置為第四周期ⅦB族，
故答案為：第四周期ⅦB族；[Ar]3d⁵4S²；
（2）堿性鋅錳電池的總反應是：Zn+2MnO₂+2H₂O=2MnOOH+Zn（OH）₂，正極MnO₂得電子被還原生成MnOOH，反應式為MnO₂+H₂O+e^-═MnOOH+OH^-，
故答案為：MnO₂+e^-+H₂O=MnOOH+OH^-；
（3）因為反應物有稀草酸，產物有二氧化碳，則說明碳元素化合價升高發生氧化還原反應，所以錳化合價降低生成二價的MnSO₄，方程式為2MnOOH+H₂C₂O₄+2H₂SO4=2CO₂↑+2MnSO₄+4H₂O，故答案為：2MnOOH+H₂C₂O₄+2H₂SO4=2CO₂↑+2MnSO₄+4H₂O；
（4）ClO₄^-的價電子對數為$\frac{7+1}{2}$=4，即形成了四條新的雜化軌道，配位數為4，無孤對電子，其離子團空間構型為正四面體，故答案為：正四面體；
（5）MnO₂為正極，被還原，電極方程式為MnO₂+e^-+Li⁺=LiMnO₂，故答案為：Li⁺+MnO₂+e^-=LiMnO₂；
（6）電解錳酸鉀溶液時，陰極上水得電子生成氫氣和氫氧根離子，電極反應為2H₂O+2e^-=H₂↑+2OH^-，陽極上錳酸根離子失電子生成高錳酸根離子，電極反應式為2MnO₄^2--2e^-=2MnO₄^-；根據關系式：2e^-～KMnO₄，當電路中有2mol電子通過時，陰極上得到1molH₂，m（H₂）=1mol×2g/mol=2g；
故答案為：2MnO₄^2--2e^-=2MnO₄^-；2g．

點評 本題側重于電化學知識以及氧化還原反應的全面考查，為高頻考點，題目難度適中，能很好地考查學生的分析能力以及電化學知識的綜合理解和運用，難度中等．