Question

【題目】高錳酸鉀常用作消毒殺菌、水質(zhì)凈化劑等。某小組用軟錳礦(主要含MnO2，還含有少量SiO2、Al2O3、Fe2O3等雜質(zhì))模擬工業(yè)制高錳酸鉀流程如下。試回答下列問(wèn)題。

（1）配平焙燒時(shí)化學(xué)反應(yīng)： □MnO2+□_____+□O2□K2MnO4+□H2O；__________

（2）濾渣II的成分有_______(化學(xué)式)；第一次通CO2不能用稀鹽酸代替的原因是_________。

（3）第二次通入過(guò)量CO2生成MnO2的離子方程式為_________。

（4）將濾液Ⅲ進(jìn)行一系列操作得KMnO4。由下圖可知，從濾液Ⅲ得到KMnO4需經(jīng)過(guò)_____、______、洗滌等操作。

（5）工業(yè)上按上述流程連續(xù)生產(chǎn)。含MnO2a%的軟錳礦1噸，理論上最多可制KMnO4___噸。

（6）利用電解法可得到更純的KMnO4。用惰性電極電解濾液II。

①電解槽陽(yáng)極反應(yīng)式為____________；

②陽(yáng)極還可能有氣體產(chǎn)生，該氣體是__________。

Answer 1

【答案】2 4 KOH 1 2 2 Al(OH)3、H2SiO3 稀鹽酸可溶解Al（OH）3，不易控制稀鹽酸的用量 3MnO42－＋4CO2＋2H2O=MnO2↓＋2MnO4－＋4HCO3－ 蒸發(fā)結(jié)晶 趁熱過(guò)濾 0.018a MnO42－－e-=MnO4－ O2

【解析】

軟錳礦主要成分MnO2與KOH混合在空氣中焙燒，冷卻得到固體物質(zhì)，溶于水過(guò)濾得到濾渣I和濾液I，濾液I中應(yīng)含有K2SiO3，KAl（OH）4、K2MnO4等溶質(zhì)，濾渣I為Fe2O3；向?yàn)V液I中第一次通入CO2與K2SiO3、KAl（OH）4發(fā)生反應(yīng)，過(guò)濾得到濾渣Ⅱ和濾液Ⅱ，濾渣Ⅱ為Al（OH）3、H2SiO3；濾液Ⅱ含有KHCO3，K2MnO4等溶質(zhì)；向?yàn)V液Ⅱ中第二次通入過(guò)量CO2，再次過(guò)濾得到濾液Ⅲ和MnO2，濾液Ⅲ中含有KMnO4和KHCO3，再經(jīng)過(guò)一系列操作得到較純的KMnO4，MnO2可以循環(huán)利用。

（1）焙燒時(shí)MnO2與KOH在空氣中O2的作用下反應(yīng)得到K2MnO4和H2O，反應(yīng)為氧化還原反應(yīng)，Mn化合價(jià)升高2，O化合價(jià)降低2，根據(jù)電子轉(zhuǎn)移數(shù)守恒，所以在MnO2前面配上2，O2前面配上1，根據(jù)Mn元素守恒，在K2MnO4前面配上系數(shù)2，再根據(jù)K元素守恒，在KOH前面配上4，最后根據(jù)H元素守恒，在H2O前面配上2，2MnO2+4KOH+1O22K2MnO4+2H2O。

（2）濾渣Ⅱ中含有的物質(zhì)有Al（OH）3、H2SiO3，第一次通CO2不能用稀鹽酸代替，這是由于稀鹽酸酸性較強(qiáng)，可溶解Al（OH）3，不易控制稀鹽酸的用量，溶液中便會(huì)再次混入Al3＋；

（3）第二次通入過(guò)量CO2生成MnO2，溶液中原先是K2MnO4，第二次通入過(guò)量的CO2時(shí)發(fā)生歧化反應(yīng)生成MnO2和KMnO4，此時(shí)CO2被轉(zhuǎn)化為HCO3－，反應(yīng)為氧化還原反應(yīng)，則反應(yīng)的離子方程式為：3MnO42－+4CO2+2H2O=MnO2↓+2MnO4－+4HCO3－。

（4）將濾液Ⅲ進(jìn)行一系列操作得KMnO4，此時(shí)溶液中還存在KHCO3，根據(jù)溶解度隨溫度變化的圖象分析，隨著溫度升高，二者溶解度均不斷增大，在40℃附近時(shí)二者溶解度相等，超過(guò)這一溫度時(shí)，KHCO3溶解度不斷增大，KMnO4溶解度則增大較緩慢，所以從溶液中提取較純的KMnO4，需要蒸發(fā)結(jié)晶，趁熱過(guò)濾，洗滌等操作。

（5）工業(yè)上按上述流程連續(xù)生產(chǎn)，含MnO2a%的軟錳礦1噸，理論上第一步完全轉(zhuǎn)化為K2MnO4，第二步轉(zhuǎn)化為KMnO4時(shí)則是發(fā)生歧化反應(yīng)，由于歧化反應(yīng)產(chǎn)物得到MnO2可以循環(huán)使用，所以理論最多產(chǎn)量則是根據(jù)Mn元素守恒完全生成KMnO4的量，為1t×a%×158/87=0.018at；

（6）①電解池陽(yáng)極發(fā)生氧化反應(yīng)，用惰性電極電解濾液Ⅱ，濾液Ⅱ中含有MnO42－，電解轉(zhuǎn)化為MnO4－，則陽(yáng)極的電極反應(yīng)為：MnO42－-e－=MnO4－；

②陽(yáng)極還可以發(fā)生電解水的相關(guān)反應(yīng)，產(chǎn)生O2，發(fā)生的電極反應(yīng)有2H2O-4e－=O2↑+4H＋，陽(yáng)極還可能產(chǎn)生的氣體為O2。