Question

美国斯坦福大学研究人员最近发明一种“水“电池，这种电池能利用淡水与海水之间含盐量的差别进行发电．
（1）研究表明，电池的正极用二氧化锰纳米棒为材料可提高发电效率，这是利用纳米材料具有

 

特性，能与钠离子充分接触．
（2）海水中的“水“电池总反应可表示为5MnO₂+2Ag+2NaCl=Na₂Mn₅O₁₀+2AgCl
该电池负极反应式为

 

；当生成1mol Na₂Mn₅O₁₀时转移

 

mol电子．
（3）工业上二氧化锰纳米材料可用软锰矿制取．某研究小组为测定某软锰矿中MnO₂的质量分数，向1.20g软锰矿样品中加入2.68g Na₂C₂O₄，再加入稀硫酸酸化（杂质不参加反应），充分反应后冷却、过滤，将所得滤液转入250mL容量瓶中定容，从中取出25.00mL置于锥形瓶中，用0.02mol?L^-1 KMnO₄标准溶液滴定，当滴入20.00mL时恰好完全反应．计算该软锰矿中MnO₂的质量分数．（提示：有关反应的离子方程式为：MnO₂+C₂O₄^2-+4H⁺=Mn²⁺+2CO₂↑+2H₂O，2MnO₄^-+5C₂O₄^2-+16H⁺=2Mn²⁺+10CO₂↑+8H₂O）

Answer 1

考点：化学电源新型电池,化学方程式的有关计算

专题：计算题,电化学专题

分析：（1）纳米材料具有较强的吸附性能，能加大吸附面积；
（2）原电池的负极上发生的是失电子的氧化反应，根据电极反应式结合电子转移来计算；
（3）根据反应：MnO₂+C₂O₄^2-+4H⁺=Mn²⁺+2CO₂↑+2H₂O，2MnO₄^-+5C₂O₄^2-+16H⁺=2Mn²⁺+10CO₂↑+8H₂O，得到关系式：5MnO₂--5C₂O₄^2---2MnO₄^-，代入数据进行计算即可．

解答： 解：（1）纳米材料具有较强的吸附性能，能加大吸附面积，该电池用二氧化锰纳米棒为正极材料可提高发电效率，故答案为：较强吸附能力（或较大表面积）；
（2）根据电池的总反应：5MnO₂+2Ag+2NaCL=Na₂Mn₅O₁₀+2AgCl，失电子的是金属银，而原电池的负极上发生的是失电子的氧化反应，所以负极反应是Ag+Cl^--e^-=AgCl↓，生成1mol Na₂Mn₅O₁₀时消耗金属银2mol，转移电子2mol，故答案为：Ag+Cl^--e^-=AgCl↓；2；
（3）根据反应：MnO₂+C₂O₄^2-+4H⁺=Mn²⁺+2CO₂↑+2H₂O，2MnO₄^-+5C₂O₄^2-+16H⁺=2Mn²⁺+10CO₂↑+8H₂O，得到关系式：5MnO₂--5C₂O₄^2---2MnO₄^-，设二氧化锰的物质的量式n，则
5MnO₂--5C₂O₄^2---2MnO₄^-
5                 2
n                 10×0.02mol?L^-1×0.02L
即

5

n

=

2

10×0.02mol?L-1×0.02L

，解得n=0.01mol，所以二氧化锰的质量分数=

0.01mol×87g/mol

1.2g

×100%=72.5%，
答：该软锰矿中MnO₂的质量分数为72.5%．

点评：本题是要综合知识考查题，要求学生具有分析和解决问题的能力，难度较大．