Question

【题目】高锰酸钾是常用的氧化剂。某化学小组在实验室以软锰矿(主要成分是MnO2)为原料制备KMnO4，下图是实验室制备高锰酸钾的操作流程。

已知：

温度	溶解度/g
	K2CO3	KHCO3	KMnO4
20℃	111	33.7	6.38

请回答：

（1）反应①的化学方程式为______。加热软锰矿、KClO3、和KOH固体时，除三脚架、玻璃棒、泥三角和铁坩埚外，还用到的仪器有_____，不采用瓷坩埚而选用铁坩埚的理由是________。

（2）反应②中氧化产物与还原产物的物质的量之比为________；上述流程中可以循环利用的物质是__________

（3）实验时，从滤液中得到KMnO4晶体的实验操作a为_____。若CO2过量会生成KHCO3导致得到的KMnO4产品的纯度降低其原因是_________

（4）反应③是模拟工业上采用惰性电极电解法制取高锰酸钾晶体，写出反应的化学方程式_____。

Answer 1

【答案】 KClO3+3MnO2+6KOH3K2MnO+KCl+3H2O 酒精灯、坩埚钳 瓷坩埚中的SiO2会与KOH发生反应或SiO2+2KOH=K2SiO3+H2O 2:1 KOH、MnO2 蒸发浓缩、降温结晶、过滤 KHCO3的溶解度较小，滤液蒸发浓缩、降温结晶时KHCO3会随KMnO4一同结晶析出 2K2MnO4+2H2O2KOH+2KMnO4+H2↑

【解析】试题分析：本题以软锰矿制备KMnO4的流程为载体，考查流程的分析、方程式的书写、氧化还原反应的分析、化学实验的基本操作、电解原理。

（1）根据流程，反应①为软锰矿中的MnO2与KClO3、KOH在熔融条件下反应生成K2MnO4和KCl，反应可写成MnO2+KClO3+KOH→K2MnO4+KCl，Mn元素的化合价由+4价升至+6价，Cl元素的化合价由+5价降至-1价，根据得失电子守恒、原子守恒，反应①的化学方程式为3MnO2+KClO3+6KOH3K2MnO4+KCl+3H2O。加热软锰矿、KClO3和KOH固体时除三脚架、玻璃棒、泥三角和铁坩埚外，加热需要酒精灯，取用铁坩埚需要坩埚钳，还用到的仪器是酒精灯、坩埚钳。不采用瓷坩埚而选用铁坩埚的理由是：瓷坩埚中的SiO2会与KOH发生反应，反应的方程式为SiO2+2KOH=K2SiO3+H2O。

（2）根据流程，反应②为向K2MnO4溶液中通入CO2生成MnO2、KMnO4和K2CO3，反应的化学方程式为3K2MnO4+2CO2=2KMnO4+MnO2↓+2K2CO3，K2MnO4中Mn元素的化合价部分由+6价升至KMnO4中的+7价，KMnO4为氧化产物，部分由+6价降至MnO2中的+4价，MnO2为还原产物，根据得失电子守恒，反应②中氧化产物与还原产物物质的量之比为2:1。根据流程反应②生成的MnO2，反应③得到的KOH都可以循环利用，可循环利用的物质是KOH、MnO2。

（3）反应②结束冷却至室温滤去MnO2后得到的溶液中含KMnO4和K2CO3，根据表中的溶解度，20℃时K2CO3的溶解度很大，KMnO4的溶解度较小，从滤液中得到KMnO4晶体的实验操作a是：蒸发浓缩、降温结晶、过滤。反应②中若CO2过量，反应后滤去MnO2得到含KMnO4和KHCO3的混合溶液，根据表中溶解度数值可知，KHCO3的溶解度较小，滤液蒸发浓缩、降温结晶时KHCO3会随KMnO4一同结晶析出，导致得到的KMnO4产品纯度降低。

（4）根据流程，用惰性电极电解K2MnO4溶液得到KMnO4，阳极电极反应式为MnO42--e-=MnO4-；根据放电顺序，阴极电极反应式为2H2O+2e-=H2↑+2OH-；电解反应的化学方程式为2K2MnO4+2H2O2KMnO4+2KOH+H2↑。