Question

【题目】高锰酸钾常用作消毒杀菌、水质净化剂等。某小组用软锰矿(主要含MnO2，还含有少量SiO2、Al2O3、Fe2O3等杂质)模拟工业制高锰酸钾流程如下。试回答下列问题。

（1）焙烧过程中发生的主要反应为MnO2+KOH+O2K2MnO4+H2O，该反应配平后MnO2与O2的化学计量数比为________。采用对空气加压的方法可以提高MnO2的利用率，原因是_________________。

（2）滤渣Ⅱ是________，第一次通CO2不能用稀硫酸代替的原因是_____________。

（3）第二次通入过量的CO2生成MnO2的离子方程式为___________________。

（4）由图可知，从滤液Ⅲ得到KMnO4需经过__________________、洗涤等操作。

Answer 1

【答案】2:1 加压增大氧气的浓度，反应速率加快，使MnO2反应更充分 Al(OH)3、H2SiO3 不易控制硫酸的用量，过量的硫酸会使 Al(OH)3溶解（或酸性过强会使K2MnO4过早歧化） 3MnO42- + 4CO2 + 2H2O = MnO2↓+ 2MnO4- + 4HCO3- 蒸发结晶，趁热过滤

【解析】

软锰矿主要成分MnO2与KOH混合在空气中焙烧，冷却得到固体物质，溶于水过滤得到滤渣I和滤液I，滤液I中应含有K2SiO3，KAl（OH）4、K2MnO4等溶质，滤渣I为Fe2O3；向滤液I中第一次通入CO2与K2SiO3、KAl（OH）4发生反应，过滤得到滤渣Ⅱ和滤液Ⅱ，滤渣Ⅱ为Al（OH）3、H2SiO3；滤液Ⅱ含有KHCO3，K2MnO4等溶质；向滤液Ⅱ中第二次通入过量CO2，再次过滤得到滤液Ⅲ和MnO2，滤液Ⅲ中含有KMnO4和KHCO3，再经过一系列操作得到较纯的KMnO4，MnO2可以循环利用。

（1）焙烧时MnO2与KOH在空气中O2的作用下反应得到K2MnO4和H2O，反应为氧化还原反应，Mn化合价升高2，O化合价降低2，根据电子转移数守恒，所以在MnO2前面配上2，O2前面配上1，根据Mn元素守恒，在K2MnO4前面配上系数2，再根据K元素守恒，在KOH前面配上4，最后根据H元素守恒，在H2O前面配上2，2MnO2+4KOH+O22K2MnO4+2H2O。该反应配平后MnO2与O2的化学计量数比为2:1，采用对空气加压的方法可以提高MnO2的利用率，原因是加压增大氧气的浓度，反应速率加快，使MnO2反应更充分。

（2）滤渣Ⅱ是Al（OH）3、H2SiO3；，第一次通CO2不能用稀硫酸代替，这是由于稀硫酸酸性强，可溶解Al（OH）3，不易控制稀硫酸的用量，溶液中便会再次混入Al3＋；

（3）第二次通入过量CO2生成MnO2，溶液中原先是K2MnO4，第二次通入过量的CO2时发生歧化反应生成MnO2和KMnO4，此时CO2被转化为HCO3－，反应为氧化还原反应，则反应的离子方程式为：3MnO42－+4CO2+2H2O=MnO2↓+2MnO4－+4HCO3－。

（4）将滤液Ⅲ进行一系列操作得KMnO4，此时溶液中还存在KHCO3，根据溶解度随温度变化的图象分析，随着温度升高，二者溶解度均不断增大，在40℃附近时二者溶解度相等，超过这一温度时，KHCO3溶解度不断增大，KMnO4溶解度则增大较缓慢，所以从溶液中提取较纯的KMnO4，需要蒸发结晶，趁热过滤，洗涤等操作。