Question

【題目】高錳酸鉀是強氧化劑，它的用途遍布各個行業。

(1) 工業上由軟錳礦（主要成分為MnO2)生產高錳酸鉀分為兩個步驟：

①步驟一將軟錳礦與過量的固體KOH和空氣在高溫下反應,生成錳酸鉀（K2MnO4)， 該反應的化學方程式是___________________________________________________。

②步驟二以石墨為陽極，鐵為陰極，電解錳酸鉀（K2MnO4)溶液，在_______ (填“陰極區”或“陽極區”）得到高錳酸鉀。陰極反應的化學方程式是____________________________。

(2) 某研究小組用工業生產高錳酸鉀產生的廢渣——錳泥(含K2MnO4、MnO2及Pb、Ca等元素）和軋鋼廢酸液制取工業級碳酸錳（MnCO3)，其流程如下：

①軋鋼廢酸中Fe2+的作用是_____________________________________________。

②操作I、操作Ⅱ、操作Ⅲ的名稱是_______________，

用到的玻璃儀器有_______________________________________________________。

③溶液C中除含有Ca2+、Mn2+、H+外，還含有的陽離子是___________________。

Answer 1

【答案】 2MnO2+4KOH+O2 2K2MnO4+2H2O 陽極區 2H+ + 2e- = H2↑（2H2O+2e-=H2↑+2OH—也可） 將高價的錳元素還原成Mn2+ 過濾 燒杯、漏斗、玻璃棒 K+、Na+、NH4+

【解析】（1）①根據題意，錳元素的化合價由+4升高為+6，由此推斷氧化劑為空氣中的氧氣，根據化合價升降總數相等、原子守恒推斷，該反應式為2MnO2+4KOH+O2 2K2MnO4+2H2O；②錳元素的化合價由+6升為+7，發生氧化反應，根據電解原理推斷，該反應在陽極區發生；電解質溶液中的H+、K+移向陰極，氧化性較強的H+在陰極發生還原反應，即2H++2e—=H2↑或2H2O+2e—=H2↑+2OH—；（2）③④⑤根據工藝流程圖的目標產物逆推可知，錳元素的化合價由+6降為+2，需要加入合適的還原劑，軋鋼廢酸中Fe2+可以將錳泥中的MnO4—還原為Mn2+，Fe2+被MnO4—氧化為Fe3+，調節溶液pH至4時，Fe3+完全變為Fe(OH)3沉淀，則操作I為過濾，溶液A的主要成分為Mn2+、Fe2+、Pb2+、Ca2+、H+等，固體A的成分為Fe(OH)3；Na2S溶液能除去Fe2+、Pb2+、H+等，分別生成FeS、PbS沉淀和H2S氣體等，則操作II為過濾，溶液B的主要成分為Mn2+、Ca2+、S2—、Na+等；Na2S是鹽，水解導致其溶液呈堿性，NH4HCO3在堿性條件下變為NH4+、CO32—，由于Ksp(MnCO3)<Ksp(CaCO3)，CO32—與Mn2+、Ca2+混合時優先生成MnCO3沉淀，則操作III為過濾，用到的玻璃儀器有燒杯、漏斗、玻璃棒；根據流程圖可知，加入的氫氧化鈉中的鈉離子、碳酸氫銨中的銨根離子以及錳泥中的鉀離子最終都在溶液C中，所以溶液C中的陽離子還有K+、Na+、NH4+。