Question

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：

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①物质溶解度

物质	KMnO4	K2CO3	KHCO3	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______________；

（2）实验时，若CO₂过量会生成KHCO_3，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的通入量很难控制，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式_______________。

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

（1）强碱腐蚀石英

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

或3MnO42—+3CO2+2OH-═2MnO4—+MnO2↓+H2O+3CO3 2— ； 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；

（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，但选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。

【考点定位】本题主要是考查高锰酸钾制备的工艺流程，电解的应用、氧化还原反应等。

【名师点晴】本题解题关键是对工艺流程的理解、阅读题目获取信息的能力；具体流程分析：以软锰矿（主要成分是MnO2）为原料制备高锰酸钾晶体，软锰矿固体和KOH固体混合在铁坩埚中煅烧，得到墨绿色熔块，为锰酸钾，冷却后溶于水其水溶液呈深绿色，这是锰酸根（MnO42-）在碱溶液中的特征颜色，边加热边通入适量二氧化碳气体，调节溶液PH趁热过滤得到二氧化锰固体和高锰酸钾溶液，冷却结晶得到高锰酸钾晶体，据此分析可解题。