Question

(15分)高锰酸钾[KMnO₄]是常用的氧化剂。工业上以软锰矿(主要成分是MnO₂)为原料制备高锰酸钾晶体。中间产物为锰酸钾[K₂MnO₄]。下图是实验室模拟制备的操作流程：

相关资料：

①物质溶解度

物质	KMnO4	K2CO3	KHCO3网]	K2SO4	CH3COOK
20℃溶解度	6.4	111	33.7	11.1	217

②锰酸钾[K₂MnO₄]

外观性状：墨绿色结晶。其水溶液呈深绿色，这是锰酸根(MnO₄^2—)的特征颜色。

化学性质：在强碱性溶液中稳定，在酸性、中性和弱碱性环境下，MnO₄^2—会发生歧化反应。

试回答下列问题：

（1）煅烧软锰矿和KOH固体时，不采用石英坩埚而选用铁坩埚的理由是______________；

实验中用铁坩埚煅烧暴露在空气中的固体混合物发生反应的化学方程式为_______。

（2）实验时，若CO₂过量会生成KHCO₃，导致得到的KMnO₄产品的纯度降低。请写出实验中通入适量CO₂时体系中可能发生反应离子方程式 ：                            ；

其中氧化还原反应中氧化剂和还原剂的质量比为_________________________。

（3）由于CO₂的通人量很难控制，因此对上述实验方案进行了改进，即把实验中通CO₂改为加其他的酸。从理论上分析，选用下列酸中________ ，得到的产品纯度更高。

A．醋酸             B．浓盐酸             C．稀硫酸

（4）工业上一般采用惰性电极电解锰酸钾溶液制取高锰酸钾，试写出该电解反应的化学方程为_________；

传统工艺采用无膜电解法由于副反应发生，Mn元素利用率和电流效率都会偏低。有同学联想到离子交换膜法电解饱和食盐水提出改进方法：可用阳离子交换膜分隔两极区进行电解(如图)。

图中A口加入的溶液最好为__________。

使用阳离子交换膜可以提高Mn元素利用率的原因为_______________。

Answer

(15分)

（1）强碱腐蚀石英 2MnO2＋4KOH＋O22K2MnO4＋2H2O

（2）3MnO42—＋2CO2═2MnO4—＋MnO2↓＋2CO3 2— 2OH—＋CO2═CO3 2—＋H2O 1:2

（3）A

（4）2K2MnO4＋2H2O2KMnO4＋H2↑＋2KOH KOH溶液

阳离子交换膜防止锰酸根进入阴极区被还原

【解析】

试题分析：（1）瓷坩埚中的二氧化硅和强碱反应，坩埚被腐蚀，所以煅烧软锰矿和KOH固体时，不采用瓷坩埚而选用铁坩埚理由是强碱腐蚀石英；实验中用铁坩埚煅烧暴露在空气中的固体混合物生成锰酸钾和水，发生反应的化学方程式为2MnO2＋4KOH＋O22K2MnO4＋2H2O；

（2）该工艺流程中，CO2可使MnO42 －发生歧化反应，生成MnO4－ 和MnO2，根据元素守恒可知，会生成K2CO3 ，若通入CO2太多，会生KHCO3，滤液中含有KHCO3 、KMnO4 ，在加热浓缩时，会有KHCO3 晶体和KMnO4 晶体一起析出，则实验中通入适量CO2时体系中可能发生反应的离子方程式为3MnO42—＋2CO2═2MnO4—＋MnO2↓＋2CO32—，2OH—＋CO2═CO32—＋H2O；根据第一个离子方程式可知锰元素由＋6价一部分降低生成＋4价MnO2，做氧化剂，一部分锰元素由＋6价升高到＋7价，做还原剂，根据化合价升降相等，氧化还原反应中氧化剂和还原剂的质量比为1:2；

（3）因为盐酸具有还原性，易被高锰酸钾氧化，醋酸钾的溶解度比硫酸钾大很多，蒸发浓缩时基本上都会留在母液中，硫酸加入生成的硫酸钾溶解度小，会随KMnO4 一起结晶析出得到的高锰酸钾中含有杂质，选A；

（4）采用惰性电极电解锰酸钾溶液制取高锰酸钾，锰元素的化合价由＋6价升高到＋7价，失电子做阳极，阴极则是H＋得电子生成氢气，该电解反应的化学方程式为2K2MnO4＋2H2O2KMnO4＋H2↑＋2KOH，根据图示可以看出阳离子交换膜，阳离子向右迁移，再根据电解的总反应，图中A口加入的溶液最好为KOH溶液；使用阳离子交换膜可以防止锰酸根进入阴极区被还原，提高了Mn元素利用率。

考点：考查高锰酸钾制备的工艺流程，电解的应用等知识。