Question

【題目】高錳酸鉀常用作消毒殺菌劑、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)發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)方程式：_____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。由圖像可知，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)。用含a%MnO2的軟錳礦1噸，理論上最多可制KMnO4________噸。(保留2位有效數(shù)字)

(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】

分析整個(gè)流程，將軟錳礦主要成分MnO2與KOH混合在空氣中焙燒，冷卻得到固體物質(zhì)，將固體物質(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發(fā)生反應(yīng)，過(guò)濾得到濾渣Ⅱ和濾液Ⅱ，濾渣Ⅱ?yàn)?/span>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，則可以推斷濾液Ⅲ中含有KMnO4和KHCO3，再經(jīng)過(guò)一系列操作得到較純的KMnO4，MnO2可以作為循環(huán)利用的物質(zhì)。

（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)守恒和元素配平方程式為2MnO2＋4KOH＋O22K2MnO4＋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，再第二次通入過(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=0.018at；

（6）①電解池陽(yáng)極發(fā)生氧化反應(yīng)，用惰性電極點(diǎn)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+。