Question

以废旧锌锰干电池处理得到的混合物为原料制备锰锌铁氧体的主要流程如下图所示。

请回答下列问题：

（1）Mn_xZn_1-xFe₂O₄中铁元素化合价为+3，则锰元素的化合价为__________。

（2）活性铁粉除汞时，铁粉的作用是_________(填“氧化剂”或“还原剂”)，发生反应的离子方程式为：                                        。

（3）除汞是以氮气为载气吹入滤液中，带出汞蒸气经KMnO₄溶液进行吸收而实现的。在恒温下不同pH时，KMnO₄溶液对Hg的单位时间去除率及主要产物如下图所示。

①写出pH=2时KMnO₄溶液吸收汞蒸气的离子方程式                          。

②在强酸性环境中汞的单位时间去除率高，其原因除氢离子浓度增大使KMnO₄溶液的氧化性增强外，还可能是：                    ，设计相应的实验证明：                        。

（4）已知Fe、Al、Mn的氢氧化物开始沉淀及沉淀完全时的pH如下表所示，当Al³⁺完全沉淀时，若要使Mn²⁺不沉淀，则 Mn²⁺的最大浓度为：               。已知：K_sp[Mn(OH)₂]=1.9×10^－13

氢氧化物	Fe(OH)3	Al(OH)3	Mn(OH)2
开始沉淀pH	1.8	4.1	8.3
完全沉淀pH	3.2	5.0	9.8

（5）用惰性电极电解K₂MnO₄溶液制备KMnO₄的装置如下图所示。

①a应接直流电源的____________(填“正”或“负”)极。

②已知25℃，两室溶液的体积均为100 mL，电解一段时间后，右室溶液的pH由10变为14，则理论上可制得_______mol KMnO₄ (忽略溶液的体积和温度变化)。

Answer

（1）＋2 （2）)还原剂 Fe + Hg2＋=== Hg + Fe2＋

（3）①5Hg＋2MnO＋16H＋===5Hg2＋＋2Mn2＋＋8H2O②Mn2＋具有催化作用，单位时间内去除率高

另取等浓度KMnO4溶液和汞蒸气，加入适量MnCl2固体，在相同条件下反应，并测定反应速率 (其他合理答案亦可) （4）1.9×105(5)①正 ②0.1

【解析】

试题分析：

（1）MnxZn1-xFe2O4中铁元素化合价为+3，根据化合价规则判断锰元素的化合价为+2价。

（2）分析流程知活性铁粉除汞时，Hg2＋被还原为Hg，铁粉的作用是还原剂。

反应的离子方程式为：Fe + Hg2＋=== Hg + Fe2＋

（3）①根据题给图像知pH=2时KMnO4溶液吸收汞蒸气生成Mn2＋和Hg2＋，反应的离子方程式为5Hg+2MnO4-+16H＋== 2Mn2＋+5Hg2＋+8H2O。

②在强酸性环境中汞的单位时间去除率高，其原因除氢离子浓度增大使KMnO4；溶液的氧化性增强外，还可能是生成的Mn2＋对反应起催化作用，单位时间内去除率高。

可设计对照实验证明，即：另取等浓度KMnO4溶液和汞蒸气，加入适量MnCl2固体，在相同条件下反应，并测定反应速率。

（4）当Al3+完全沉淀时，此时溶液中的pH=5，即c(OH－)=1×10－9 mol/L，若要使Mn2+不沉淀，根据Qc＜Ksp，即：c(Mn2+)×c(OH－)2＜1.9×10－13，可得：c(Mn2+)＜1.9×105mol/L。

（5）①分析题给装置知左室K2MnO4发生氧化反应生成KMnO4，故左侧电极为电解池的阳极，a应接直流电源的正极。

②电解过程中阳极反应为MnO42－－e－==MnO4－，阴极反应为2H2O + 2e－== H2↑ + 2OH－，已知25℃，两室溶液的体积均为100 mL，电解一段时间后，右室溶液的pH由10变为14，则生成OH－的物质的量为0.1mol，理论上可制得0.1mol KMnO4 。

考点：考查氧化还原反应，原电池原理和电解原理的应用。