Question

【題目】KMnO4是一種重要的氧化劑，廣泛用于化學分析和化工生產以反水處理工業。工業上可由軟錳礦(主要成分為MnO2)制備，目前有兩種較為成熟的制法。其模擬流程如下圖所示：

附表：不同溫度下若干常見鉀的化合物的溶解度（單位：g/(100gH2O)）

化學式	20°C	30°C	40°C	60°C	80°C	100°C
CH3COOK	256	283	324	350	381
K2SO4	11.1	13	14.8	18.2	21.4	24.1
KCl	34.2	37.2	40.1	45.8	51.3	56.3
KMnO4	6.34	9.03	12.6	22.1
K2CO3	111	114	117	127	140	156

(1)“熔融”時，可用作坩鍋材質的是________________(填序號)。

A.氧化鋁 B.陶瓷 C.氧化鎂 D.石英

(2)寫出MnO2和KOH熔融物中通入富氧空氣時獲得K2MnO4的化學方程式______________________。

(3)“酸歧化法”是在pH<6的情況下K2MnO4即可轉化為MnO2和KMnO4，過濾除去MnO2，將濾液經過蒸發濃縮、趁熱過濾得到KMnO4粗晶體，再經過重結晶獲得較純凈的KMnO4晶體；

①根據表中的溶解度數據以及上述操作的特點，“酸歧化法”不適宜選擇的酸性物質是________。

A.稀硫酸 B.醋酸 C.稀鹽酸 D.二氧化碳

②“蒸發濃縮”時，溫度需控制在70℃，適宜的加熱方式是________________。

③根據相關方程式，計算“酸歧化法”的理論產率為_________________。

(4)“電解法”克服了“酸歧化法”理論產率偏低的問題，同時副產品KOH可用于軟錳礦的焙燒。電解法制備高錳酸鉀的實驗裝置示意圖如下(圖中陽離子交換膜只允許K+離子通過)

①a為______極(填“正”或“負”)，右室發生的電極反應方程式為_______________。

②若電解開始時陽極區溶液為1.0L0.40mol·L-1K2MnO4溶液，電解一段時間后，右室中n(K)/m(Mn)為6：5，陰極區生成KOH的質量為_________________。

Answer 1

【答案】 C 2MnO2+O2+4KOH2K2MnO4+2H2O AC 水浴加熱 66.7% 負 MnO42--e-=MnO4- 17.9g

【解析】分析：本題是一道無機綜合題，考查化學方程式和電極反應式的書寫，計算產率等，難度較大。

詳解：(1)從流程圖可知，軟錳礦和KOH(s)的混合物于空氣中加熱熔融，由于氧化鋁和二氧化硅均和KOK反應，所以“熔融”時，可用作坩鍋材質的是氧化鎂，因此，本題答案為C。

(2)軟錳礦的主要成分為MnO2，軟錳礦和KOH(s)的混合物于空氣中加熱熔融，得到K2MnO4，反應方程式為2MnO2+O2+4KOH2K2MnO4+2H2O。

(3)①根據表中的溶解度數據: CH3COOK和K2CO3的溶解度要比KMnO4大，而K2SO4和KCl的溶解度要比KMnO4小或接近，且在酸性條件下KMnO4能氧化Cl-,所以“酸歧化法”不適宜選擇的酸性物質是稀硫酸、稀鹽酸，本題答案為AC。

②“蒸發濃縮”時，溫度需控制在70℃，適宜的加熱方式是水浴加熱。

③根據離子方程式，3MnO42-+4H+= 2MnO4-+ MnO2+2H2O，依據錳原子守恒，3mol K2MnO4 理論上生成2mol KMnO4 ,所以理論產率為×100%=66.7%。

(5）①右側陽極MnO42-失電子生成MnO4-，電極反應式為MnO42-e-=MnO4-；故連接陽極的b電極為電源正極，a則為負極，因此，本題正確答案為：負 ；MnO42--e-=MnO4-

②1.0L0.40mol·L-1K2MnO4溶液中K2MnO4的物質的量為0.4mol，，n(Mn)=0.4mol,n(K)=0.8mol，陽極MnO42-失電子生成MnO4-，Mn元素物質的量不變，電解一段時間后，溶液中，所以n(K)=0.48mol，所以陰極區生成KOH的物質的量為n(KOH)=n(K)=0.8mol-0.48mol=0.32mol，質量為m(KOH)=0.32mol×56g/mol=17.9g。