Question

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

（1）“酸溶”過程中加入過量的硫酸目的是___。

（2）寫出“電解”反應的離子反應方程式：___。

（3）為測定LiMnxOy中Mn元素的平均化合價（高于＋2價），現進行如下實驗：

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，完全反應后，LiMnxOy中Mn元素轉化為Mn2＋，除去過量的雙氧水。調節pH，滴加指示劑，用濃度為0.400mol·L-1的EDTA標準溶液滴定，終點時消耗EDTA標準溶液20.00mL(已知：Mn2＋與EDTA反應的化學計量數之比為1∶1)；

步驟3：向另一錐形瓶中加入1.340gNa2C2O4和足量硫酸，充分反應后，用0.100mol·L-1KMnO4標準溶液滴定，到達滴定終點時消耗KMnO4標準溶液16.00mL。

步驟3實驗過程中物質發生的轉化如下，其中C2O42-均轉化為CO2：

LiMnxOyMn2+；MnOMn2+

①步驟3滴定終點時的實驗現象是___。

②計算LiMnxOy中Mn元素的平均化合價___（寫出計算過程）。

Answer 1

【答案】提高錳元素的浸出率，抑制Mn2+水解 Mn2+＋2H2OMnO2↓＋2H+＋H2↑ 當加入最后一滴高錳酸鉀溶液，溶液變為淺紅色，且半分鐘內不褪色 3.5

【解析】

工業上利用菱錳礦粉（MnCO3）制備MnO2，加入過量硫酸進行酸溶，使礦粉完全反應，提高浸出率，同時酸性環境抑制Mn2+的水解，得到硫酸錳溶液，經過電解，過濾得到MnO2，說明電解過程Mn2+轉化為MnO2。

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

（2）由分析可知“電解”過程Mn2+轉化為MnO2，發生氧化反應，酸性環境，“電解”反應的離子反應方程式：Mn2+＋2H2O MnO2↓＋2H+＋H2↑

（3）①步驟3用KMnO4標準溶液滴定，故滴定終點時的實驗現象是：當加入最后一滴高錳酸鉀溶液，溶液由無色變為淺紅色，且半分鐘內不褪色；

②取少量LiMnxOy，分成兩等份，由步驟二LiMnxOy中Mn元素轉化為Mn2＋，Mn2＋與EDTA反應的化學計量數之比為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：通過返滴定，根據氧化還原價態規律可得計量關系： 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質量1.340g，物質的量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n(Mn2＋) =0.008mol，可列出，化簡得4y-7x-2=0，由于氧元素的化合價為-2，則可以把等式寫成2y=3.5x+1，故Mn平均化合價為+3.5。