高中化学竞赛辅导试题讲解及答案锰及其化合物word版.docx
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高中化学竞赛辅导试题讲解及答案锰及其化合物word版
元素化学29：
锰及其化合物
（时间：
2.5小时满分：
100分）
第一题（15分）书写锰化合物的反应方程式
写出下列反应方程式（右下图锰的电极电势图可供参考）：
1．KMnO4在不同温度下分解得到的产物有所不同（已知K2MnO4640℃分解，K3MnO4800
℃分解。
）
（1）重铬酸钾溶于硫酸配成洗液，用于洗涤玻璃仪器，使用一段时间后，颜色逐渐变为绿色（可用半反应表示），加高锰酸钾晶体使洗液恢复原色。
（2）Ce（SO4）2溶液是一种氧化剂，可用高锰酸钾溶液氧化Ce2（SO4）3溶液制得。
已知：
E（Ce4
＋/Ce3＋）＝＋1.61V。
（3）环己烯被高锰酸钾溶液氧化，在酸性条件和碱性条件下，产物不同。
（有机物可用分子式表示）
4．写出下列条件的高锰酸钾与碘化钾作用的反应方程式
（1）高锰酸钾过量：
（2）碘化钾过量：
5．将固体MnC2O4·2H2O放在一个可以称出质量的容器里加热，固体质量随温度变化的关系如图所示：
纵坐标是固体的相对质量。
写出在不同温度区间发生各反应的方程式。
第二题（10分）二氧化锰的制备与定量分析
软锰矿是最重要的锰矿石，主要成为为MnO2，不但在工业上有重要用途，如合金工业，干电池制造等等，在中学化学中也用途广泛，如制备氧气、氯气。
1．称取适量的MnCl2·4H2O和KMnO4置于研钵中，研磨40min，在80℃水浴中恒温数小时，产物用去离子水、无水乙醇各洗涤3次，105℃下干燥数小时，即得黑色纳米MnO2。
（1）写出合成反应方程式；
（2）该合成方法与其它合成方式的最显著不同是什么？
2．某研究小组为测定某软锰矿中MnO2的质量分数，准确称取1.20g软锰矿样品，加入
2.68g草酸钠晶体，再加入足量的稀硫酸并加热（杂质不参加反应），充分反应之后冷却、滤去杂质，将所得溶液转移到容量瓶中定容；从中取出25.00mL待测液置于锥形瓶中，再用0.0200mol/LKMnO4标准溶液进行滴定，当滴入20.00mLKMnO4溶液时恰好完全反应。
（1）写出上述过程中涉及的反应方程式
（2）你能否帮助该研究小组求得软锰矿中MnO2的质量分数？
若回答“能”，请给出计算结果；若回答“否”，试说明原因。
（3）若在实验过程中存在下列操作，其中会使所测MnO2的质量分数偏小的是A．溶液转移至容量瓶中，未将烧杯、玻棒洗涤B．滴定前尖嘴部分有气泡，滴定终点时消失
C．定容时，俯视刻度线
D．滴定前仰视读数，滴定后俯视读数【】
E．锥形瓶用水洗之后未用待测液润洗
3．为了分析软锰矿中MnO2的含量，科研人员称取0.1226g软锰矿矿石，与氧化剂KClO3混和，在KOH介质中加强热，得到一种绿色的化合物，加水溶解，通CO2，得到紫红色溶液和黑色不溶物，过滤，用0.1050mol/L的Fe2＋标准溶液滴定该溶液，用去24.20mL（认为软锰矿中的杂质不参与反应）
（1）写出上述过程中涉及的反应方程式
第三题（9分）化工生产锰化合物
锰是活泼的黑色金属，钢产品几乎都含有锰。
全球锰矿产品年产量约30万吨，我国是锰的主要生产国之一。
锰结核是未来的锰资源，它是多金属氧化物！
1．我国高锰酸钾的生产和使用占全球首位，年生产能力达到5万吨。
（1）最初的生产方法是：
先将软锰矿在碱性溶液中露置空气中氧化，再通入二氧化碳得到高锰酸钾溶液。
这个生产方法中，锰原子的理论利用率仅2/3。
写出相应的化学方程式。
（2）工业上制备高锰酸钾，将第二步改为通电电解，锰原子理论上可以全部利用。
写出
锰元素在电解时的变化方程式（电极反应）。
（3）事实上，锰酸钾溶液隔绝空气静置一段时间，也会全部转化为高锰酸钾溶液，同时产生可燃性气体。
写出反应的化学方程式。
2．已探明我国锰矿储量占世界第三位，但富矿仅占6.4%，每年尚需进口大量锰矿石。
有人设计了把我国的菱锰矿（贫矿）转化为高品位“菱锰矿砂”的绿色工艺。
该工艺首先将矿砂与硫酸铵一起焙烧，较佳条件是：
投料比m[（NH4）2SO4]/m[MnCO3]＝1.5；焙烧温度450oC；焙烧时间1.5小时。
（1）写出焙烧反应方程式；
（2）其次，将焙烧产物转化为高品位的“菱锰矿砂”，写出反应方程式；
（3）若焙烧温度过高或时间过长，将导致什么结果？
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第四题（18分）高锰酸根的化学制备
6
高碘酸盐（IO5－
）、过二硫酸盐（SO2－
）、二氧化铅（PbO2）、铋酸钠（NaBiO3、不电离）
是四种具有强氧化性的物质，均能在一定条件下将Mn2＋氧化为高锰酸盐。
1．锰的氧化物随着价态的升高，其酸碱性递变规律如何？
2．确定元素锰在周期表中的位置和外层电子的排布。
－
3．IO65的空间构型为
已知高碘酸加热易失去两分子水生成偏高碘酸，写出偏高碘酸根离子的化学式、中心原子的杂化类型和空间构型
4．高碘酸盐的主要性质是它们的强氧化性，其反应平稳而迅速。
分析化学中用来将Mn2＋
5．过二硫酸根离子中两个硫原子间存在过氧键，写出过硫酸根离子的结构简式和电子式，并确定硫原子的化合价。
6．过二硫酸盐是用电解硫酸氢铵溶液产生的，写出电极反应方程式和总反应方程式。
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7．过二硫酸根离子能分步水解产生过氧化氢，写出H2S2O8在D2
程式：
O中水解的两步反应方
9．过二硫酸盐在Ag＋的作用下能将Mn2＋氧化为MnO－，写出离子反应方程式。
其中酸化所用的酸是
14．在分析化学上，用铋酸钠定性检验溶液中Mn2＋的存在，写出现象和反应方程式：
15．H2O2的水溶液是一种常用的杀菌剂，在分析上常用KMnO4来标定H2O2的浓度。
①
写出KMnO4滴定H2O2的离子方程式；②请设计实验步骤，用已知浓度的KMnO（4
0.1000mol/L）
第五题（15分）推断几组锰的化合物
1．化合物X不能独立存在，是某常见反应的中间产物；但X的配合物Y却能稳定存在。
将KMnO4与KCl加入冷却的40%浓盐酸中并搅拌可得Y，Y与锰酸钾类质同晶，但其阴离子是正八面体构型。
（1）写出X、Y的化学式；
（2）写出合成Y的化学方程式；
（3）X是哪个反应的中间产物，分步写出反应方程式。
2．化合物A是一不溶于水的暗红色固体，它能溶于酸生成浅粉色的溶液B，将B与浓HNO3和KClO3共煮沸生成棕色沉淀C，将C与NaOH和Na2O2共熔转化为暗绿色化合物D，D可溶于酸溶液生成紫红色溶液E及少量C，将C加入酸性H2O2溶液中有气体产生，同时生成溶液B，在溶液B中加入少量NaOH溶液生成白色沉淀F，F很快转变为褐色沉淀G，F、G分别失水得到A、C。
回答下列问题：
（1）A～G各是什么物质，写出分子式。
（3）写出E的阴离子的空间构型。
3．锰能形成多种配合物，X是其中一种羰基配合物，存在类似于萘的芳香环，环上只有碳原子。
质量分析结果表明，X中各元素的质量分数为：
Mn为28.92%，C为44.25%，O为25.26%。
写出X的化学式及其比较稳定的构型图。
第六题（30分）Mn3O4的结构、性质与制备
Mn3O4又名黑锰矿，主要用于生产优质软磁铁氧体。
软磁铁氧体是由锰、锌、铁的氧化物按一定比例混合后烧结成型，在电子工业中有着广泛的用途。
通常所说的Mn3O4中，锰的价态实际上既有＋2，也有＋3和＋4。
3．Mn3O4可写成[Mn2
＋][Mn3
]2O4，是一种正常的尖
＋
晶石结构，晶胞如右图所示，晶胞参数a＝0.86nm。
（1）右图包括个Mn3O4；
（2）A位置的离子是，占据的是空隙，占有率是；B位置的离子是，占据的是空隙，占有率是。
（3）估算该Mn3O4的密度。
4．Mn3O4的制法按制备工艺中所用原料形态的不同，可分为固相合成和液相合成方法。
（1）将水锰矿的焙烧产物Mn2O3于250～500℃用CH4还原生成Mn3O4。
写出反应的化学方程式；
（2）有铵盐存在（如（NH4）2SO4）时，金属锰悬浮液中先后发生2个反应，再用空气氧化
5．采用原生锰矿石为原料，经过浸出、化学除杂、氧化合成，直接制取高纯四氧化三锰。
某原生锰矿石的有效成分为MnS－MnCO3，含有多种杂质，主要化学成分如下表：
成分MnSSiAlFeZnPbMgCaCuAg
含量%38.126.704.011.781.370.920.750.630.590.340.03
（1）浸出：
以H2SO4为浸出液，在容积为10L的钛反应槽内进行，同时还应加入适量的MnO2。
（2）中和：
MnO2作为氧化剂，在温度90℃反应1h后加入石灰中和，使溶液pH＞6。
该步反应的主要目的是什么？
（3）除重金属：
加入一种沉淀剂，使重金属离子沉淀，同时生成的另一种沉淀使重金属
沉淀渣更易过滤。
请问加入的沉淀剂是什么？
（4）除钙、镁：
沉淀剂加入量为理论量的120%，反应温度＞90℃，时间为0.5h。
请问加
入的沉淀剂是什么？
（5）过滤：
将上述除杂、净化后的硫酸锰溶液，经过一个由化学MnO2组成的滤层过滤。
由于化学MnO2本身纯度很高，不会带入新的杂质，又可将溶液中一些未沉淀下来的微量悬浮物杂质吸附，使溶液得到进一步净化。
被吸附的悬浮物主要是哪3个物质？
（6）沉淀Mn（OH）2：
将MnSO4溶液加入到NH3·H2O溶液中产生Mn（OH）2沉淀，控制终
（7）氧化：
氧化在10L的钛反应槽中进行，加入NH4Cl作为催化剂，用玻璃管通入氧气，加温并进行机械搅拌，反应时间3h，反应结束后抽滤。
请问反应后的母液是否还有用途？
6．Mn3O4在电子工业上是生产软磁铁氧体的原料；在化学工业上可用作多种反应的催化剂。
可以高锰酸钾与乙醇（1g︰80mL）为反应物在较低的温度下制备出Mn3O4纳米粉体。
（1）写出合成反应方程式（有乙醛生成）
（2）过量乙醇在反应中还有什么作用？
（3）当乙醇溶剂中含有水分时，反应速度明显加快。
100℃时，对于95%乙醇，大约16hKMnO4的反应就基本完全；而对于无水乙醇，反应到相同程度则需要24h以上。
解释反应速率加快的原因。
7．在某研究工作中，要求得知Mn3O4中不同价态锰的比值，采用的测定方法步骤如下：
①称取三份质量相同的试样。
第一份以（NH4）2SO4－H2SO4硫酸溶液选择性溶解试样中的二价锰，过滤洗涤后，滤液用氨水中和并用NH3－NH4Cl缓冲溶液调至pH＝10，加入必要的试剂和指示剂，用EDTA标准溶液（a1mol·L-1）滴定至终点，耗去b1mL。
②第二份试样中，准确加入过量的Na2C2O4标准溶液（a2mol·L-1，b2mL）和适量H2SO4，加热使试样全部溶解，立即用KMnO4标准溶液（a3mol·L-1）滴定剩余的还原剂至终点，耗去b3mL。
③第三份试样中，同样加入过量的Na2C2O4标准
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