Question

2．高锰酸钾（KMnO₄）是常用的氧化剂，广泛用于定量分析实验中，以某菱锰矿（主要成分MnCO₃还含有SiO₂、FeCO₃、Al₂O₃等杂质）为原料制备KMnO₄和Al（OH）₃的工艺流程如图所示：

（1）“酸浸”过程中产生CO₂，写出CO₂的电子式．
（2）第一次“氧化”加入MnO₂的目的是将亚铁离子氧化成铁离子，写出该过程中发生反应的离子方程式2Fe²⁺+MnO₂+4H⁺=2Fe³⁺+Mn²⁺+2H₂O．
（3）上述流程中可以循环利用的物质有CO₂、KHCO₃（写出化学式）
（4）“调节pH值”过程中发生反应的阳离子有H⁺、Fe³⁺、Al³⁺．
（5）第二次“氧化”需加入少量AgNO₃溶液（作催化剂）和过量的K₂S₂O₈溶液，且在加热条件下完成，写出反应的离子方程式2Mn²⁺+5S₂O₈^2-+8H₂O$\frac{\underline{\;AgNO_{3}\;}}{△}$5SO₄^2-+2MnO₄^-+16H⁺
（6）制取高锰酸钾最终采用“低温蒸干”的方法，试分析其原因高锰酸钾在高温下会分解．
（7）常温下，将156gAl（OH）₃溶于1L水中，所得分散系中存在的动态平衡共有2个，该温度下Al（OH）₃溶解度的计算式为：S=$\root{4}{\frac{1.3×10{\;}^{-33}}{27}}$mol•L^-1，（已知：K_sp[Al（OH）₃]=1.3×10^-33mol⁴•L^-4）

Answer 1

分析 菱锰矿用稀酸酸浸，MnCO₃、SiO₂、FeCO₃、Al₂O₃与硫酸反应，产生二氧化碳，可以循环利用，SiO₂不与硫酸反应，过滤得到SiO₂沉淀，滤液中含有硫酸镁、硫酸亚铁、硫酸铝及剩余的硫酸，向滤液中加入二氧化锰，将亚铁离子氧化成铁离子，加入碳酸氢钾调节PH值，过滤得滤渣中含有氢氧化铁和氢氧化铝，滤渣加入氢氧化钾溶液，氢氧化铝溶解生成偏铝酸钾，过滤除去氢氧化铁，滤液中通入二氧化碳生成 氢氧化铝沉淀和碳酸氢钾溶液，碳酸氢钾溶液可以循环利用，过滤Ⅱ后得到的滤液中含有硫酸锰，经氧化得高锰酸钾溶液，低温蒸干后得高锰酸钾晶体，据此答题．

解答 解：菱锰矿用稀酸酸浸，MnCO₃、SiO₂、FeCO₃、Al₂O₃与硫酸反应，产生二氧化碳，可以循环利用，SiO₂不与硫酸反应，过滤得到SiO₂沉淀，滤液中含有硫酸镁、硫酸亚铁、硫酸铝及剩余的硫酸，向滤液中加入二氧化锰，将亚铁离子氧化成铁离子，加入碳酸氢钾调节PH值，过滤得滤渣中含有氢氧化铁和氢氧化铝，滤渣加入氢氧化钾溶液，氢氧化铝溶解生成偏铝酸钾，过滤除去氢氧化铁，滤液中通入二氧化碳生成 氢氧化铝沉淀和碳酸氢钾溶液，碳酸氢钾溶液可以循环利用，过滤Ⅱ后得到的滤液中含有硫酸锰，经氧化得高锰酸钾溶液，低温蒸干后得高锰酸钾晶体，
（1）CO₂的电子式为，故答案为：；
（2）根据上面的分析可知，第一次“氧化”加入MnO₂的目的是将亚铁离子氧化成铁离子，该过程中发生反应的离子方程式为2Fe²⁺+MnO₂+4H⁺=2Fe³⁺+Mn²⁺+2H₂O，
故答案为：将亚铁离子氧化成铁离子；2Fe²⁺+MnO₂+4H⁺=2Fe³⁺+Mn²⁺+2H₂O；    
（3）根据上面的分析可知，上述流程中可以循环利用的物质有CO₂、KHCO₃，故答案为：CO₂、KHCO₃；
（4）“调节pH值”过程中，氢离子与碳酸氢根离子反应，铁离子和铝离子都生成氢氧化物沉淀，所以发生反应的阳离子有H⁺、Fe³⁺、Al³⁺，
故答案为：H⁺、Fe³⁺、Al³⁺；
（5）第二次“氧化”中，在少量AgNO₃溶液作催化剂的条件下，过量的K₂S₂O₈溶液将锰离子氧化成高锰酸根，反应的离子方程式为2Mn²⁺+5S₂O₈^2-+8H₂O$\frac{\underline{\;AgNO_{3}\;}}{△}$5SO₄^2-+2MnO₄^-+16H⁺，
故答案为：2Mn²⁺+5S₂O₈^2-+8H₂O$\frac{\underline{\;AgNO_{3}\;}}{△}$5SO₄^2-+2MnO₄^-+16H⁺；
 （6）由于高锰酸钾在高温下会分解，所以制取高锰酸钾最终采用“低温蒸干”的方法，
故答案为：高锰酸钾在高温下会分解；
（7）常温下，将156gAl（OH）₃溶于1L水中，氢氧化铝在水中存在沉淀的溶解平衡，水电离平衡，所以所得分散系中存在的动态平衡共有2个，该温度下Al（OH）₃溶液中K_sp[Al（OH）₃]=c（Al³⁺）•c³（OH^-）=c（Al³⁺）•3³•c³（Al³⁺）=27c⁴（Al³⁺），所以溶解度S=c（Al³⁺）=$\root{4}{\frac{1.3×10{\;}^{-33}}{27}}$mol•L^-1，
故答案为：2；$\root{4}{\frac{1.3×10{\;}^{-33}}{27}}$．

点评 本题考查制备实验方案的设计，为高频考点，把握流程中混合物分离提纯、除杂及发生的反应为解答的关键，侧重分析、实验、推断及计算能力的综合考查，题目难度中等．