Question

已知高錳酸鉀、二氧化錳在酸性條件下能將草酸鈉（Na₂C₂O₄）氧化：
MnO+C₂O+H⁺→Mn²⁺+CO₂↑+H₂O（未配平）；
MnO₂+C₂O+H⁺→Mn²⁺+CO₂↑+H₂O（未配平）．
為測定某軟錳礦中二氧化錳的質量分數，準確稱量1.20g軟錳礦樣品，加入2.68g草酸鈉固體，再加入足量的稀硫酸并加熱（雜質不參加反應），充分反應后冷卻，將所得溶液轉移到容量瓶中用蒸餾水稀釋至刻度，從中取出25.0mL，用0.0200mol?L^-1高錳酸鉀溶液進行滴定．當加入20.0mL溶液時恰好完全反應，試根據以上信息完成下列各題：
（1）配平上述兩個離子方程式：
______MnO+______C₂O+______H⁺═______Mn²⁺+______CO₂↑+______H₂O；
______MnO₂+______C₂O+______H⁺═______Mn²⁺+______CO₂↑+______H₂O．
（2）欲求得軟錳礦中二氧化錳的質量分數，還缺一個數據，這個數據是______（填數據所代表的意義）．
（3）若該數據的數值為250，求該軟錳礦中二氧化錳的質量分數（寫出計算過程）．

Answer 1

解：（1）反應中MnO₄^-→Mn²⁺，錳元素化合價由+7價降低為+2價，共降低5價，C₂O₄^2-→CO₂，碳元素化合價由+3價升高為+4，共升高2價，化合價最小公倍數為10，故MnO₄^-系數為2，C₂O₄^2-系數為5，再根據元素守恒可知Mn²⁺系數為2、CO₂系數為10，根據電荷守恒可知H⁺系數為16，根據氫元素守恒可知H₂O系數為8，配平后離子方程式為2MnO₄^-+5C₂O₄^2-+16H⁺=2Mn²⁺+10CO₂+8H₂O．
反應中MnO₂→Mn²⁺，錳元素化合價由+4價降低為+2價，共降低2價，C₂O₄^2-→CO₂，碳元素化合價由+3價升高為+4，共升高2價，化合價最小公倍數為2，故MnO₂系數為1，C₂O₄^2-系數為1，再根據元素守恒可知Mn²⁺系數為1、CO₂系數為2，根據電荷守恒可知H⁺系數為4，根據氫元素守恒可知H₂O系數為2，配平后離子方程式為MnO₂+C₂O₄^2-+4H⁺=Mn²⁺+2CO₂+2H₂O．
故答案為：2、5、16=2、10、8； 1、1、4=1、2、2．
（2）錳酸鉀溶液滴定稀釋后25.0mL溶液中未反應的C₂O₄^2-，需要知道總共剩余的C₂O₄^2-，才能計算二氧化錳的質量分數，還需要知道稀釋后溶液的體積，即該體積為容量瓶的容積．
故答案為：容量瓶的容積．
（3）n（C₂O₄^2-）==0.02 mol，
滴定250 mL稀釋后的溶液，消耗n（MnO₄^-）=0.0200 mol?L^-1×0.02 L×10=0.004 mol，
根據氧化還原反應中得失電子數相等，有：
n（MnO₂）×2+0.004 mol×5=0.02 mol×2，
所以n（MnO₂）=0.01 mol，
所以w（MnO₂）=×100%=72.5%．
答：該軟錳礦中二氧化錳的質量分數為72.5%．
分析：（1）反應中MnO₄^-→Mn²⁺，錳元素化合價由+7價降低為+2價，共降低5價，C₂O₄^2-→CO₂，碳元素化合價由+3價升高為+4，共升高2價，化合價最小公倍數為10，故MnO₄^-系數為2，C₂O₄^2-系數為5，再根據元素守恒、電荷守恒確定其它物質的系數．
反應中MnO₂→Mn²⁺，錳元素化合價由+4價降低為+2價，共降低2價，C₂O₄^2-→CO₂，碳元素化合價由+3價升高為+4，共升高2價，化合價最小公倍數為2，故MnO₂系數為1，C₂O₄^2-系數為1，再根據元素守恒、電荷守恒確定其它物質的系數．
（2）錳酸鉀溶液滴定稀釋后25.0mL溶液中未反應的C₂O₄^2-，需要知道總共剩余的C₂O₄^2-，才能計算二氧化錳的質量分數，還需要知道稀釋后溶液的體積．
（3）計算出滴定250 mL稀釋后的溶液，消耗的n（MnO₄^-），MnO₂與MnO₄^-獲得的電子等于2.68g草酸鈉提供的電子，即n（MnO₂）×2+n（MnO₄^-）×5=n（C₂O₄^2-）×2，據此計算n（MnO₂），進而計算MnO₂質量分數．
點評：考查氧化還原反應配平、氧化還原反應滴定運用、化學計算等，難度中等，（3）中利用電子轉移守恒計算，比利用關系式計算更簡便，注意氧化還原反應計算中守恒思想的運用．