Question

高锰酸钾是强氧化剂，它的用途遍布各个行业。

（1）工业上由软锰矿（主要成分为MnO₂）生产髙锰酸钾分为两个步骤。

①步骤一将软锰矿与过量的固体KOH和空气在高温下反应，生成锰酸钾（K₂MnO₄），该反应的化学方程式是______________。

②步骤二以石墨为阳极，铁为阴极，电解锰酸钾（K₂MnO₄）溶液，在_______ （填“阴极区”或“阳极区”）得到高锰酸钾。阴极反应的化学方程式是_______。

（2）某研究小组用工业生产高锰酸钾产生的废渣——猛泥（含K₂MnO₄、MnO₂及Pb、Ca等元素）和乳钢废酸液制取工业级碳酸锰（MnCO₃），其流程如下：

③轧钢废酸中Fe²⁺的作用是______________。

④操作I、操作II、操作III的名称是_______。

⑤溶液C中除含有Ca²⁺、Mn²⁺、H⁺外，还含有的阳离子是_______。

⑥若固体C中不含CaCO₃，则溶液D中<_______。

[已知：K_sp(MnCO₃)=1×10^—11，K_sp(CaCO₃)=5×10^—9]

 

Answer 1

【答案】

（16分）（1）①  2MnO₂+4KOH+O₂  2K₂MnO₄+2H₂O（3分）

②  阳极区（2分）   2H₂O+2e^—=H₂↑+2OH^—（3分）（2H⁺ + 2e^—= H₂↑也给3分）

（2）③  将高价的锰元素还原成Mn²⁺（2分）

④  过滤（2分）

⑤  K⁺、Na⁺、NH₄⁺（2分）

⑥  500（2分）

【解析】

试题分析：（1）①根据题意，锰元素的化合价由+4升高为+6，由此推断氧化剂为空气中的氧气，根据化合价升降总数相等、原子守恒推断，该反应式为2MnO₂+4KOH+O₂  2K₂MnO₄+2H₂O；②锰元素的化合价由+6升为+7，发生氧化反应，根据电解原理推断，该反应在阳极区发生；电解质溶液中的H⁺、K⁺移向阴极，氧化性较强的H⁺在阴极发生还原反应，即2H⁺+2e^—=H₂↑或2H₂O+2e^—=H₂↑+2OH^—；（2）③④⑤根据工艺流程图的目标产物逆推可知，锰元素的化合价由+6降为+2，需要加入合适的还原剂，轧钢废酸中Fe²⁺可以将锰泥中的MnO₄^—还原为Mn²⁺，Fe²⁺被MnO₄^—氧化为Fe³⁺，调节溶液pH至4时，Fe³⁺完全变为Fe(OH)₃沉淀，则操作I为过滤，溶液A的主要成分为Mn²⁺、Fe²⁺、Pb²⁺、Ca²⁺、H⁺等，固体A的成分为Fe(OH)₃；Na₂S溶液能除去Fe²⁺、Pb²⁺、H⁺等，分别生成FeS、PbS沉淀和H₂S气体等，则操作II为过滤，溶液B的主要成分为Mn²⁺、Ca²⁺、S^2—、Na⁺等；Na₂S是盐，水解导致其溶液呈碱性，NH₄HCO₃在碱性条件下变为NH₄⁺、CO₃^2—，由于K_sp(MnCO₃)<K_sp(CaCO₃)，CO₃^2—与Mn²⁺、Ca²⁺混合时优先生成MnCO₃沉淀，则操作III为过滤，根据离子共存推断，溶液C中主要阳离子为Mn²⁺、Ca²⁺、H⁺、Na⁺、NH₄⁺；⑥依题意，CaCO₃(s)+Mn²⁺(aq)MnCO₃(s)+Ca²⁺(aq)，该反应的平衡常数K====500。

考点：考查氧化还原反应方程式的配平、电解原理、物质制备工艺流程、混合物的分离与提纯、离子共存、难溶电解质的溶解平衡、沉淀的转化、溶度积的应用等相关知识。