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14.80mL，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）3K2MnO4+2CO2═2KMnO4+MnO2+2K2CO3；1：2；产率更高、KOH循环利用（5）93.2%

【解析】

试题分析：（1）二氧化锰和氢氧化钾、氧气发生反应，生成锰酸钾和水，Mn(+4→+6)，O(0→﹣2)，反应的化学方程式为4KOH+2MnO2+O2=2K2MnO4+2H2O；

（2）氧化铝是两性氧化物，既能与强酸反应也能与强碱反应，氧化铝和强碱反应生成偏铝酸盐和水，反应的化学方程式为2KOH+Al2O3=2KAlO2+H2O，所以会导致KOH消耗量偏高；

（3）电解锰酸钾溶液时，阴极上水得电子生成氢气和氢氧根离子，电极反应为2H2O+2e﹣=H2↑+2OH﹣，阳极上锰酸根离子失电子生成高锰酸根离子，电极反应式为2MnO42﹣﹣2e﹣=2MnO4﹣，即MnO42﹣﹣e﹣=MnO4﹣，则电极总反应为：2MnO42﹣+2H2O2MnO4﹣+2OH﹣+H2↑；

（4）反应物为K2MnO4、CO2、生成黑色固体MnO2、KMnO4，所以的化学方程式为：3K2MnO4+2CO2═2KMnO4+MnO2+2K2CO3；由化学反应方程式：3K2MnO4+2CO2═2KMnO4+MnO2+2K2CO3分析得出，3molK2MnO4参加反应生成2molKMnO4、1molMnO2，即3mol高锰酸钾参与反应有1mol作氧化剂、2mol作还原剂，则反应中氧化剂与还原剂的质量比为1：2；与该传统工艺相比，电解法阳极都生成KMnO4，产率更高，所以优势是产率更高、KOH循环利用；

（5）在测定过程中，高锰酸钾为氧化剂，草酸为还原剂，反应的离子方程式为：5H2C2O4+2MnO4﹣+6H+=10CO2↑+2Mn2++8H2O，根据方程式可得关系式：

5H2C2O4•2H2O～2KMnO4

5 2

n 0.02mol/L×14.8×10﹣3L×

解得：n(H2C2O4•2H2O)=3.7×10﹣3mol

则m(H2C2O4•2H2O)=3.7×10﹣3mol×126g/mol=0.4662g，所以成品的纯度为：×100%=93.2%。

【考点定位】考查物质分离和提纯的方法和基本操作综合应用。

【名师点晴】高频考点，涉及化学实验基本操作、工艺流程、氧化还原反应滴定计算、物质含量的测定等知识，根据题中已知条件确定生成物并写出反应方程式明确原理是解题关键，是对学生综合能力的考查。