高中 | 氧化还原反应方程式的书写及配平 题目答案及解析

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必修一

第二章 化学物质及其变化

第三节 氧化还原反应

氧化还原反应方程式的书写及配平

高纯硫酸锰主要应用于三元锂电池正极材料的合成,一种使用高硫锰矿和软锰矿$\rm ($主要成分为$\rm MnO_{2}\rm )$制备硫酸锰的工艺如图:

已知:混合焙烧后得到的烧渣主要为$\rm MnSO_{4}、Fe_{2}O_{3}、FeO、Al_{2}O_{3}、MgO、CaO、SiO_{2}$;离子浓度$\rm  ≤ 10^{-5}\;\rm mol ⋅ L^{-1}$,可认为离子沉淀完全。

原料高硫锰矿与软锰矿按一定比例焙烧,焙烧前需要将二者粉碎的原因是                

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增大反应物接触面积,加快反应速率,使反应更彻底

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焙烧前需要球磨,目的是增大接触面积,提高焙烧效率;

加入硫酸浸出后获得的浸渣$\rm 1$主要成分为                

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$\\rm SiO_{2}$$\\rm CaSO_{4}$

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由分析,浸渣$\rm 1$主要成分为$\rm SiO_{2}$$\rm CaSO_{4}$

氧化时发生反应的离子方程式为                

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$\\rm MnO_{2}+4H^{+}+2Fe^{2+} = Mn^{2+}+2Fe^{3+}+2H_{2}O$

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氧化时发生反应二氧化锰将氧化亚铁离子为铁离子,离子方程式为$\rm MnO_{2}+4H^{+}+2Fe^{2+} = Mn^{2+}+2Fe^{3+}+2H_{2}O$

氟化除杂是除去$\rm Ca^{2+}$$\rm Mg^{2+}$的重要方法,某$\rm 1 L$溶液中$\rm Ca^{2+}$$\rm Mg^{2+}$的浓度分别为$\rm 0.02 mol ⋅ L^{-1}$$\rm 0.01 mol ⋅ L^{-1}$,若使溶液中的$\rm Ca^{2+}$$\rm Mg^{2+}$沉淀完全,加入的$\rm MnF_{2}$的质量至少是                $\rm \;\rm g\rm ($保留小数点后$\rm 1$$\rm )$;若溶液的$\rm H^{+}$浓度过大,将导致$\rm Ca^{2+}$$\rm Mg^{2+}$沉淀不完全,原因是                $\rm ($已知$\rm K_{sp}(MgF_{2})=9 \times  10^{-9}$$\rm K_{sp}(CaF_{2})=1.5 \times  10^{-10}\rm )$

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$\\rm 4.2$ $\\rm H^{+}$$\\rm F^{-}$结合形成弱电解质$\\rm HF$,使$\\rm CaF_{2}$$\\rm MgF_{2}$的溶解平衡右移或$\\rm H^{+}$$\\rm F^{-}$结合形成弱电解质$\\rm HF$$\\rm F^{-}$浓度小,很难将$\\rm Ca^{2+}$$\\rm Mg^{2+}$沉淀完全

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$\rm K$值可知,氟化镁溶解度较氟化钙大,镁离子完全沉淀,则$\rm \text{c}\left( \text{F}^{-} \right)=\sqrt{\dfrac{\text{K}_{\text{sp}}\left( \text{MgF}_{\text{2}} \right)}{\text{c}\left( \text{Mg}^{\text{2+}} \right)}}=\sqrt{\dfrac{\text{9} \times \text{10}^{\text{-9}}}{\text{10}^{- 5}}}{mol/L=0.03\;\rm mol/L}$,则加入的$\rm MnF_{2}$至少为$\rm (0.02+0.01+0.03\div 2)mol/L\times 1\;\rm L=0.045\;\rm mol$,质量至少是$\rm 4.2\;\rm g$$\rm H^{+}$$\rm F^{-}$结合形成弱电解质$\rm HF$,使$\rm CaF_{2}$$\rm MgF_{2}$的溶解平衡右移或$\rm H^{+}$$\rm F^{-}$结合形成弱电解质$\rm HF$$\rm F^{-}$浓度小,很难将$\rm Ca^{2+}$$\rm Mg^{2+}$沉淀完全,导致溶液的$\rm H^{+}$浓度过大,使得$\rm Ca^{2+}$$\rm Mg^{2+}$沉淀不完全;

沉锰时发生反应的离子方程式为                

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$\\rm Mn^{2+}+2HCO_{3}^{−} = MnCO_{3} ↓ +H_{2}O+CO_{2}↑$

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含锰离子溶液加入碳酸氢铵得到$\rm MnCO_{3}$沉淀,反应为锰离子和碳酸氢根离子生成碳酸锰、水、二氧化碳:$\rm Mn^{2+}+2HCO_{3}^{−} = MnCO_{3} ↓ +H_{2}O+CO_{2}↑$

一种在硫酸溶液中电解锂离子电池正极材料$\rm LiMn_{2}O_{4}$获得$\rm MnO_{2}$的装置如图,则阴极电极反应式为                

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$\\rm LiMn_{2}O_{4}+8H^{+}+3e^{-} = Li^{+}+4H_{2}O+2Mn^{2+}$

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由图,阴极$\rm LiMn_{2}O_{4}$在酸性条件下得到电子发生还原反应生成锰离子、锂离子和水:$\rm LiMn_{2}O_{4}+8H^{+}+3e^{-} = Li^{+}+4H_{2}O+2Mn^{2+}$

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