Question

【题目】高锰酸钾常用作消毒杀菌剂、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)配平焙烧时发生的化学反应方程式：_____MnO2＋_____ ______＋________O2________K2MnO4＋________H2O；

(2)滤渣Ⅱ的成分有________(化学式)；第一次通CO2不能用稀盐酸代替的原因是_______。

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

(4)将滤液Ⅲ进行一系列操作得KMnO4。由图像可知，从滤液Ⅲ得到KMnO4需经过______、________、洗涤等操作。

(5)工业上按上述流程连续生产。用含a%MnO2的软锰矿1吨，理论上最多可制KMnO4________吨。(保留2位有效数字)

(6)利用电解法可得到更纯的KMnO4。用惰性电极电解滤液Ⅱ。

①电解槽阳极反应式为________________。

②阳极还可能有气体产生，该气体是________。

Answer 1

【答案】2 4 KOH 1 2 2 Al(OH)3、H2SiO3 稀盐酸可溶解Al(OH)3，不易控制稀盐酸的用量 3MnO42-＋4CO2＋2H2O＝MnO2↓＋2MnO4-＋4HCO3- 蒸发结晶 趁热过滤 0.018a MnO42-－e－＝MnO4- O2

【解析】

分析整个流程，将软锰矿主要成分MnO2与KOH混合在空气中焙烧，冷却得到固体物质，将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，则可以推断滤液Ⅲ中含有KMnO4和KHCO3，再经过一系列操作得到较纯的KMnO4，MnO2可以作为循环利用的物质。

（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和元素配平方程式为2MnO2＋4KOH＋O22K2MnO4＋2H2O；

（2）滤渣Ⅱ中含有的物质有Al（OH）3，H2SiO3；第一次通CO2不能用稀盐酸代替，这是由于稀盐酸酸性较强，可溶解Al（OH）3，不易控制稀盐酸的用量，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，再第二次通入过量的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；

（5）工业上按上述流程连续生产，含MnO2a%的软锰矿1吨，理论上第一步完全转化为K2MnO4，第二步转化为KMnO4时则是发生歧化反应，由于歧化反应产物得到MnO2可以循环使用，所以理论最多产量则是根据Mn元素守恒完全生成KMnO4的量，为=0.018at；

（6）①电解池阳极发生氧化反应，用惰性电极点解滤液Ⅱ，滤液Ⅱ中含有MnO42-，电解转化为MnO4-，则阳极的电极反应为：MnO42--e-＝MnO4-；

②阳极还可以发生电解水的相关反应，产生O2，发生的电极反应有2H2O-4e-＝O2↑+4H+。