⑴ Después de calentar 0,04 moles de KMnO4 sólido durante un período de tiempo, se recoge un mol de gas y se añade una cantidad suficiente de ácido clorhídrico concentrado (calentamiento apropiado) al sólido residual después de la reacción, y b mol de gas. Después de la reacción, el elemento manganeso existe en la solución en forma de Mn2+, luego (1) escriba la relación funcional entre a y b. (2) ¿Cuál es el valor mínimo de a+b? (3) Cuando a+b=0,09, ¿cuál es la masa del sólido restante?
Solución: Debido a que el KMnO4 sólido se “calienta por un tiempo”, se puede considerar que solo se descompone una parte del KMnO4, o como mucho la totalidad, por lo que según la reacción 2KMnO4 K2MnO4+ MnO2+O2, se puede concluir que el gas O2 es como máximo 0,04*0,5=0,02mol y al menos no llegará a cero. Entonces 0＜a≤0.02. En segundo lugar, ya sea MnO2, KMnO4 (sin reaccionar) o KMnO4 en el sólido residual, independientemente de su ecuación de reacción con HCl concentrado, en la pregunta hay dos palabras: "Una cantidad suficiente de ácido clorhídrico concentrado" y "Existe un elemento de manganeso en la solución en forma de Mn2+", por lo que debemos utilizar la conservación de los electrones ganados y perdidos en la reacción redox entre el oxidante y el agente reductor para resolver el problema.
Antes de la reacción, el elemento Mn existe en K2MnO4 en forma de valencia +7.
Antes de la reacción, el elemento O existe en K2MnO4 en forma de valencia -2.
Antes de la reacción, el elemento Cl existe en forma de -1 valencia en HCl concentrado.
El elemento Mn ha bajado de valencia +7 a valencia +2 (Mn2+, Mn es valencia +2), por lo que la cantidad de electrones obtenida por *** es (7-2)*0,04=0,2mol
O(-2 valencia)2 libera 4 moles por cada 2 moles de O(-2 valencia) para convertirse en 1 mol de O2. Ahora hay un mol de O2, por lo que el número total de electrones perdidos es 4a. moles.
Para que Cl (-1 valencia) se convierta en Cl2, cada 2 moles de Cl (-2 valencia) debe perder 2 moles de electrones para convertirse en 1 mol Cl2.
Ahora hay b moles de Cl2 por lo que el número total de electrones perdidos es 2b moles.
Del número total de electrones perdidos = el número total de electrones ganados
Entonces 0.04*5=4a+2b, obtenemos b=-2a+0.1(0＜a≤ 0.02)
En cuanto al valor mínimo de a+b: b=-2a+0.1, entonces a+b=-a+0.1
Entonces, cuando a es el máximo, a +b tiene un valor mínimo
Cuando a es como máximo, es decir, todo el KMnO4 se descompone para producir O2
De la ecuación de reacción, obtenemos 2 KMnO4~O2, por lo que n O2max =0.04/2=0.02 mol
Entonces a+b El valor mínimo es 0.1-0.02=0.08 mol
Cuando a+b=0.09-a+0.1=0.09
a=0.01
Entonces el sólido residual La masa es:
KMnO4 (sin reaccionar) (0.04-0.01*2)*158
MnO2 :87*0.01
K2MnO4:197*0.01
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Por tanto: la masa total del sólido que se obtiene sumando los tres es de 6g.