Question

【題目】用MnO2為原料可制取電極材料錳酸鋰（LiMnxOy），工業(yè)上利用菱錳礦粉（MnCO3）制備MnO2的流程如圖：

（1）“酸溶”過(guò)程中加入過(guò)量的硫酸目的是___。

（2）寫出“電解”反應(yīng)的離子反應(yīng)方程式：___。

（3）為測(cè)定LiMnxOy中Mn元素的平均化合價(jià)（高于＋2價(jià)），現(xiàn)進(jìn)行如下實(shí)驗(yàn)：

步驟1：取少量LiMnxOy，分成兩等份，分別置于兩只錐形瓶中；

步驟2：向一只錐形瓶中加入稀硝酸和雙氧水，完全反應(yīng)后，LiMnxOy中Mn元素轉(zhuǎn)化為Mn2＋，除去過(guò)量的雙氧水。調(diào)節(jié)pH，滴加指示劑，用濃度為0.400mol·L-1的EDTA標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定，終點(diǎn)時(shí)消耗EDTA標(biāo)準(zhǔn)溶液20.00mL(已知：Mn2＋與EDTA反應(yīng)的化學(xué)計(jì)量數(shù)之比為1∶1)；

步驟3：向另一錐形瓶中加入1.340gNa2C2O4和足量硫酸，充分反應(yīng)后，用0.100mol·L-1KMnO4標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定，到達(dá)滴定終點(diǎn)時(shí)消耗KMnO4標(biāo)準(zhǔn)溶液16.00mL。

步驟3實(shí)驗(yàn)過(guò)程中物質(zhì)發(fā)生的轉(zhuǎn)化如下，其中C2O42-均轉(zhuǎn)化為CO2：

LiMnxOyMn2+；MnOMn2+

①步驟3滴定終點(diǎn)時(shí)的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象是___。

②計(jì)算LiMnxOy中Mn元素的平均化合價(jià)___（寫出計(jì)算過(guò)程）。

Answer 1

【答案】提高錳元素的浸出率，抑制Mn2+水解 Mn2+＋2H2OMnO2↓＋2H+＋H2↑ 當(dāng)加入最后一滴高錳酸鉀溶液，溶液變?yōu)闇\紅色，且半分鐘內(nèi)不褪色 3.5

【解析】

工業(yè)上利用菱錳礦粉（MnCO3）制備MnO2，加入過(guò)量硫酸進(jìn)行酸溶，使礦粉完全反應(yīng)，提高浸出率，同時(shí)酸性環(huán)境抑制Mn2+的水解，得到硫酸錳溶液，經(jīng)過(guò)電解，過(guò)濾得到MnO2，說(shuō)明電解過(guò)程Mn2+轉(zhuǎn)化為MnO2。

（1）“酸溶”過(guò)程中加入過(guò)量的硫酸可以提高Mn2+浸出率，同時(shí)抑制Mn2+水解；

（2）由分析可知“電解”過(guò)程Mn2+轉(zhuǎn)化為MnO2，發(fā)生氧化反應(yīng)，酸性環(huán)境，“電解”反應(yīng)的離子反應(yīng)方程式：Mn2+＋2H2O MnO2↓＋2H+＋H2↑

（3）①步驟3用KMnO4標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定，故滴定終點(diǎn)時(shí)的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象是：當(dāng)加入最后一滴高錳酸鉀溶液，溶液由無(wú)色變?yōu)闇\紅色，且半分鐘內(nèi)不褪色；

②取少量LiMnxOy，分成兩等份，由步驟二LiMnxOy中Mn元素轉(zhuǎn)化為Mn2＋，Mn2＋與EDTA反應(yīng)的化學(xué)計(jì)量數(shù)之比為1∶1，n(Mn2＋)=n(EDTA)= 0.400mol·L-1×0.02L=0.008mol，則LiMnxOy中含Mn元素0.008mol；步驟3：通過(guò)返滴定，根據(jù)氧化還原價(jià)態(tài)規(guī)律可得計(jì)量關(guān)系： 2MnO ~5Na2C2O4 ，n(MnO)= 0.100mol·L-1×0.016L=0.0016mol，消耗n(Na2C2O4)=0.004mol；2LiMnxOy ~（2y-2x-1）Na2C2O4 ~ 2xMn2＋，總共加入Na2C2O4質(zhì)量1.340g，物質(zhì)的量0.01mol，由高錳酸鉀消耗草酸鈉0.004mol，則由LiMnxOy消耗草酸鈉n(Na2C2O4)=0.006mol，同時(shí)n(Mn2＋) =0.008mol，可列出，化簡(jiǎn)得4y-7x-2=0，由于氧元素的化合價(jià)為-2，則可以把等式寫成2y=3.5x+1，故Mn平均化合價(jià)為+3.5。