Question

工业上以软锰矿（主要成分MnO₂）为原料，通过液相法生产KMnO₄。即在碱性条件下用氧气氧化MnO₂得到K₂MnO₄，分离后得到的K₂MnO₄，再用惰性材料为电极电解K₂MnO₄溶液得到KMnO₄，其生产工艺简略如下：

（1）反应器中反应的化学方程式为                                     。

（2）生产过程中最好使用含MnO₂80%以上的富矿，因为MnO₂含量最低的贫矿中Al、Si的氧化物含量较高，会导致KOH消耗量            (填“偏高”或“偏低”)

（3）电解槽中总的离子反应方程式为                          。

（4）在传统工艺中得到K₂MnO₄后，向其中通入适量CO₂反应生成黑色固体、KMnO₄等，反应的化学反应方程式为                                                           。上述反应中氧化剂与还原剂的质量比为                 。与该传统工艺相比，电解法的优势是                          。

（5）用高锰酸钾测定草酸结晶水合物的纯度：称草酸晶体样品0.500g溶于水配制成100ml溶液，取出20.00ml用0.0200mol·L^－1的酸性KMnO₄溶液滴定（杂质不反应），至溶液呈浅粉红色且半分钟内不褪去，消耗KMnO₄溶液14.80 mL，则该草酸晶体的纯度为__________。(结果保留3位有效数字)（已知该草酸结晶水合物H₂C₂O₄·2H₂O的相对分子质量为126）

Answer

（1）4KOH+2MnO2+O2=2K2MnO4+2H2O（2）偏高（3）2MnO42-+2H2O2MnO4-+2OH—+H2↑

（4）3 K2MnO4+ 2 CO2 == 2 KMnO4+ MnO2+ 2 K2CO3 1：2 产率更高、KOH循环利用（5）93.2%

【解析】

试题分析：（1）根据题给流程和信息知反应器中KOH、MnO2和O2反应生成K2MnO4和H2O，利用化合价升降法配平，反应的化学方程式为4KOH+2MnO2+O2==2K2MnO4+2H2O。

（2）若贫矿中Al、Si的氧化物含量较高，发生反应：Al2O3+2KOH== 2KAlO2+H2O、SiO2+2KOH =K2SiO3+H2O，会导致KOH消耗量偏高。

（3）电解锰酸钾溶液制备高锰酸钾，电解槽中阳极发生氧化反应，MnO42- 失电子转化为MnO4-，阴极发生还原反应，电极反应式为2H2O + 2e- ==H2↑ + 2OH-，两式相加得总的离子反应方程式为2MnO42-+2H2O2MnO4-+2OH—+H2↑。

（4）向K2MnO4溶液中通入适量CO2，二者反应生成黑色固体二氧化锰、KMnO4，利用化合价升降法配平，该反应的化学反应方程式为3 K2MnO4+2 CO2 == 2 KMnO4+MnO2+2 K2CO3。上述反应中3mol K2MnO4有1mol锰元素化合价由+6价降为+4价生成二氧化锰，作氧化剂，有2mol锰元素化合价由+6价升高到+7价生成高锰酸钾，作还原剂，氧化剂与还原剂的质量比为1：2，K2MnO4的转化率为66.7%，与该传统工艺相比，电解法的优势是产率更高、KOH循环利用。

（5）酸性高锰酸钾溶液与草酸反应的离子方程式是：16H＋＋2MnO4－＋5C2O42－=2Mn2＋＋8H2O+10CO2↑，则样品中草酸晶体的物质的量为n(H2C2O4·2H2O)=5×14.8×10－3 ×0.02×5/2mol=3.7×10－3mol，草酸晶体的质量为3.7×10－3mol×126g/mol=0.4462g，则该草酸晶体的纯度为93.2%。

考点：考查化学工艺流程分析，氧化还原反应方程式的书写和计算。