Question

【題目】KMnO4在實驗室和工業上均有重要應用，其工業制備的部分工藝如下：

Ⅰ．將軟錳礦(主要成分MnO2)粉碎后，與KOH固體混合，通入空氣充分焙燒，生成暗綠色熔融態物質。

Ⅱ．冷卻，將固體研細，用稀KOH溶液浸取，過濾，得暗綠色溶液。

Ⅲ．向暗綠色溶液中通入CO2，溶液變為紫紅色，同時生成黑色固體。

Ⅳ．過濾，將紫紅色溶液蒸發濃縮，冷卻結晶，過濾，洗滌，干燥，得KMnO4固體。

資料：K2MnO4為暗綠色固體，在強堿性溶液中穩定，在近中性或酸性溶液中易發生歧化反應(Mn的化合價既升高又降低)。

(1)Ⅰ中，粉碎軟錳礦的目的是_____。

(2)Ⅰ中，生成K2MnO4的化學方程式是_____。

(3)Ⅱ中，浸取時用稀KOH溶液的原因是_____。

(4)Ⅲ中，CO2和K2MnO4在溶液中反應的化學方程式是_____。

(5)將K2MnO4溶液采用惰性電極隔膜法電解，也可制得KMnO4．裝置如圖：

①b極是_____極(填“陽”或“陰”)，D是____________。

②結合電極反應式簡述生成KMnO4的原理：___________。

③傳統無膜法電解時，錳元素利用率偏低，與之相比，用陽離子交換膜可以提高錳元素的利用率，其原因是__________。

(6)用滴定法測定某高錳酸鉀產品的純度，步驟如下：

已知：Na2C2O4 +H2SO4 ═H2C2O4 +Na2SO4

5H2C2O4 +2MnO4﹣+6H+═2Mn2++10CO2↑+8H2O

摩爾質量：Na2C2O4 134g/mol KMnO4 158g/mol

ⅰ．稱取ag產品，配成50mL溶液。

ⅱ．稱取bgNa2C2O4，置于錐形瓶中，加蒸餾水使其溶解，再加入過量的硫酸。

ⅲ．將錐形瓶中溶液加熱到75℃～80℃，恒溫，用ⅰ中所配溶液滴定至終點，消耗溶液V mL(雜質不參與反應)。

產品中KMnO4的質量分數的表達式為_________。

Answer 1

【答案】增大反應物接觸面積，加快反應速率 2MnO2 +4KOH+O2 2K2MnO4 +2H2O 保持溶液呈強堿性，防止K2MnO4發生歧化反應 3K2MnO4 +2CO2 =2KMnO4 +MnO2↓+2K2CO3 陰 較濃的KOH溶液 a極：MnO42--e-=MnO4-，部分K+通過陽離子交換膜進入陰極區，陽極區生成KMnO4 用陽離子交換膜可防止MnO4﹣、MnO42﹣在陰極被還原

【解析】

(1)粉碎軟錳礦，可增大固體表面積；

(2)由題意可知軟錳礦(主要成分MnO2)粉碎后，與KOH固體混合，通入空氣充分焙燒，可生成K2MnO4；

(3)用稀KOH溶液浸取，可使溶液呈強堿性，防止K2MnO4變質；

(4)Ⅲ中，CO2和K2MnO4在溶液中反應，溶液變為紫紅色，同時生成黑色固體，說明生成KMnO4和MnO2；

(5)電解K2MnO4制取KMnO4，陰極上水得電子發生還原反應生成氫氣和氫氧根離子，陽極上錳酸根離子失電子反應氧化反應生成高錳酸根離子；

(6)稱取bgNa2C2O4，置于錐形瓶中，可知n(Na2C2O4)=，用ⅰ中所配溶液滴定至終點，消耗溶液V mL，由方程式5H2C2O4+2MnO4-+6H+=2Mn2++10CO2↑+8H2O可知VmL溶液中n(KMnO4)，進而計算純度。

(1)粉碎軟錳礦，可增大固體表面積，反應物的接觸面積增大，則反應速率加快；

(2)由題意可知軟錳礦(主要成分MnO2)粉碎后，與KOH固體混合，通入空氣充分焙燒，可生成K2MnO4，反應的方程式為2MnO2+4KOH+O22K2MnO4+2H2O；

(3)由題意可知用稀KOH溶液浸取，可使溶液呈強堿性，防止K2MnO4發生歧化反應而變質；

(4)Ⅲ中，CO2和K2MnO4在溶液中反應，溶液變為紫紅色，同時生成黑色固體，說明生成KMnO4和MnO2，反應的方程式為3K2MnO4+2CO2=2KMnO4+MnO2↓+2K2CO3；

(5)①由圖可知b極生成氫氣，應發生還原反應，為電解池陰極，陰極可得到較濃的KOH溶液；

②a為陽極，陽極上錳酸根離子失電子反應氧化反應生成高錳酸根離子，發生MnO42--e-=MnO4-，同時部分K+通過陽離子交換膜進入陰極區，陽極區生成KMnO4；

③用陽離子交換膜可防止MnO4-、MnO42-在陰極被還原，提高錳元素的利用率；

(6)稱取bgNa2C2O4，置于錐形瓶中，可知n(Na2C2O4)=mol，用ⅰ中所配溶液滴定至終點，消耗溶液V mL，由方程式5H2C2O4+2MnO4-+6H+=2Mn2++10CO2↑+8H2O可知VmL溶液中n(KMnO4)=mol×，則50mL溶液中n(KMnO4)=mol×，質量m=mol××158g/mol=g，則產品中KMnO4的質量分數為。