Question

【題目】高錳酸鉀常用作消毒殺菌、水質(zhì)凈化劑等。某小組用軟錳礦(主要含MnO2,還含有少量SiO2、Al2O3、Fe2O3等雜質(zhì))模擬工業(yè)制高錳酸鉀流程如下。試回答下列問題。

(1)配平焙燒時(shí)化學(xué)反應(yīng)：________MnO2＋________＋________O2________K2MnO4＋________H2O；工業(yè)生產(chǎn)中采用對空氣加壓的方法提高MnO2利用率，試用碰撞理論解釋其原因___________________________。

(2)濾渣Ⅱ的成分有_________(化學(xué)式)；第一次通CO2不能用稀鹽酸代替的原因是_____________。

(3)第二次通入過量CO2生成MnO2的離子方程式為________________________。

(4)將濾液Ⅲ進(jìn)行一系列操作得KMnO4。

由圖可知，從濾液Ⅲ得到KMnO4需經(jīng)過__________、___________、洗滌等操作。

(5)工業(yè)上按上述流程連續(xù)生產(chǎn)。含MnO2 a%的軟錳礦1噸，理論上最多可制KMnO4____________噸。（保留到小數(shù)點(diǎn)后三位）

(6)利用電解法可得到更純的KMnO4用惰性電極電解濾液Ⅱ。

①電解槽陽極反應(yīng)式為________________________________。

②陽極還可能有氣體產(chǎn)生，該氣體是____________。

Answer 1

【答案】2 4KOH 1 2 2 加壓增大了氧氣濃度，使單位體積內(nèi)的活化分子數(shù)增加，有效碰撞次數(shù)增多，反應(yīng)速率加快，使MnO2反應(yīng)更充分 Al(OH)3、H2SiO3 稀鹽酸能夠溶解Al(OH)3，不易控制稀鹽酸的用量 3MnO42-＋4CO2＋2H2O=MnO2↓＋2MnO4-＋4HCO3- 蒸發(fā)結(jié)晶 趁熱過濾 0.018a MnO42--e-=MnO4- O2

【解析】

分析整個(gè)流程，將主要成分為MnO2的軟錳礦與KOH混合在空氣中焙燒，冷卻得到固體物質(zhì)，將固體物質(zhì)溶于水過濾得到濾渣I和濾液I，濾液I中應(yīng)含有K2SiO3、KAlO2、K2MnO4等溶質(zhì)，濾渣I為Fe2O3；向?yàn)V液I中第一次通入CO2與K2SiO3、KAlO2發(fā)生反應(yīng)，過濾得到濾渣Ⅱ和濾液Ⅱ，濾渣Ⅱ?yàn)?/span>Al(OH)3、H2SiO3；濾液Ⅱ含有KHCO3、K2MnO4等溶質(zhì)；向?yàn)V液Ⅱ中第二次通入過量CO2，再次過濾得到濾液Ⅲ和MnO2，則可以推斷濾液Ⅲ中含有KMnO4和KHCO3，再經(jīng)過一系列操作得到較純的KMnO4，MnO2可以作為循環(huán)利用的物質(zhì)。

(1)在焙燒時(shí)MnO2與KOH在空氣中O2的作用下反應(yīng)得到K2MnO4和H2O，反應(yīng)為氧化還原反應(yīng)，Mn化合價(jià)升高2，O化合價(jià)降低2，根據(jù)電子轉(zhuǎn)移數(shù)守恒，所以在MnO2前面配上2，O2前面配上1，根據(jù)Mn元素守恒，在K2MnO4前面配上系數(shù)2，再根據(jù)K元素守恒，在KOH前面配上4，最后根據(jù)H元素守恒，在H2O前面配上2，該反應(yīng)的化學(xué)方程式為：2MnO2+4KOH+O22K2MnO4+H2O；

工業(yè)生產(chǎn)中采用對空氣加壓的方法提高MnO2利用率，這是由于加壓增大了氧氣濃度，使單位體積內(nèi)的活化分子數(shù)增加，有效碰撞數(shù)增多，反應(yīng)速率加快，使MnO2反應(yīng)更充分；

(2)根據(jù)上述分析可知濾渣Ⅱ中含有的物質(zhì)有Al(OH)3，H2SiO3；第一次通CO2不能用稀鹽酸代替，這是由于稀鹽酸酸性較強(qiáng)，可溶解Al(OH)3變?yōu)榭扇苄缘?/span>AlCl3，稀鹽酸的用量不易控制，時(shí)溶液中便會(huì)再次混入Al3+；

(3)第二次通入過量CO2生成MnO2，溶液中原先是K2MnO4，再第二次通入過量的CO2時(shí)發(fā)生歧化反應(yīng)生成MnO2和KMnO4，此時(shí)CO2被轉(zhuǎn)化為HCO3-，該反應(yīng)為氧化還原反應(yīng)，則反應(yīng)的離子方程式為：3MnO42-＋4CO2＋2H2O=MnO2↓＋2MnO4-＋4HCO3-；

(4)將濾液Ⅲ進(jìn)行一系列操作得KMnO4，此時(shí)溶液中還存在KHCO3，根據(jù)溶解度隨溫度變化的圖象分析，隨著溫度升高，二者溶解度均不斷增大，在40℃附近時(shí)二者溶解度相等，超過這一溫度時(shí)，KHCO3溶解度不斷增大，KMnO4溶解度則增大較緩慢，所以從溶液中提取較純的KMnO4，需要蒸發(fā)結(jié)晶，趁熱過濾，洗滌等操作；

(5)工業(yè)上按上述流程連續(xù)生產(chǎn)，含MnO2 a%的軟錳礦1噸，理論上第一步完全轉(zhuǎn)化為K2MnO4，第二步轉(zhuǎn)化為KMnO4時(shí)則是發(fā)生歧化反應(yīng)，由于歧化反應(yīng)產(chǎn)物得到MnO2可以循環(huán)使用，所以理論最多產(chǎn)量則是根據(jù)Mn元素守恒完全生成KMnO4的量，m(KMnO4)==0.018a t；

(6)①電解池中陽極發(fā)生氧化反應(yīng)，用惰性電極電解濾液Ⅱ，濾液Ⅱ中含有MnO42-，MnO42-失去電子變?yōu)?/span>MnO4-，則陽極的電極反應(yīng)為：MnO42--e-=MnO4-；

②陽極還可能發(fā)生電解水的相關(guān)反應(yīng)，水電離產(chǎn)生的OH-失去電子產(chǎn)生O2，發(fā)生的電極反應(yīng)有2H2O-4e-=O2↑+4H+，因此陽極上產(chǎn)生的氣體為O2。