Question

15．高錳酸鉀是錳的重要化合物和常用的氧化劑．以下是工業(yè)上用軟錳礦制備高錳酸鉀的一種工藝流程：

（1）KMnO₄稀溶液是一種常用的消毒劑．其消毒原理與下列BD（填序號）物質相似．
A.75%酒精      B．雙氧水    C．苯酚       D.84消毒液（NaClO溶液）
（2）鉍酸鈉（不溶于水）用于定性檢驗酸性溶液中Mn²⁺的存在（鉍的還原產物為Bi³⁺，Mn的氧化產物為+7價），寫出反應的離子方程式：2Mn²⁺+5NaBiO₃+14H⁺═2MnO₄^-+5Bi³⁺+5Na⁺+7H₂O．
（3）寫出MnO₂、KOH的熔融混合物中通入空氣時發(fā)生的主要反應的化學方程式：2MnO₂+4KOH+O₂ $\frac{\underline{\;熔融\;}}{\;}$2K₂MnO₄+2H₂O．
（4）向K₂MnO₄溶液中通入CO₂以制備KMnO₄，該反應中的還原劑是K₂MnO₄．
（5）寫出母液與石灰乳反應制取KOH的離子方程式：CO₃^2-+Ca（OH）₂=CaCO₃+2OH^-．
（6）上述流程中可以循環(huán)使用的物質有石灰、二氧化碳、KOH和MnO₂（寫化學式）．
（7）若不考慮物質循環(huán)與制備過程中的損失，則1mol MnO₂可制得$\frac{2}{3}$ mol KMnO₄．

Answer 1

分析 二氧化錳與氫氧化鉀在空氣中熔融，加水溶解得到K₂MnO₄溶液，通入二氧化碳得到KMnO₄、MnO₂、K₂CO₃，過濾除去濾渣（MnO₂），濾液為KMnO₄、K₂CO₃溶液，濃縮結晶，趁熱過濾得到KMnO₄晶體，母液中含有K₂CO₃，在母液中加石灰乳（氫氧化鈣）得到碳酸鈣沉淀和KOH．
（1）KMnO₄具有強氧化性，以此進行判斷；
（2）鉍酸鈉（不溶于水）在酸性溶液中與Mn²⁺反應生成MnO₄^-和Bi³⁺；
（3）由工藝流程轉化關系可知，MnO₂、KOH的熔融混合物中通入空氣時發(fā)生反應生成K₂MnO₄，根據元素守恒還應生成水；
（4）由工藝流程轉化關系可知，向K₂MnO₄溶液中通入CO₂制備KMnO₄、還生成K₂CO₃、MnO₂，所含元素化合價升高的反應物是還原劑；
（5）母液中含有K₂CO₃，在母液中加石灰乳（氫氧化鈣）得到碳酸鈣沉淀和KOH；
（6）制備中利用的原料，在轉化過程中又生成的可以循環(huán)利用；
（7）最初的原料中1mol MnO₂恰好得到1mol K₂MnO₄，根據3K₂MnO₄+2CO₂=2KMnO₄+2K₂CO₃+MnO₂計算．

解答 解：二氧化錳與氫氧化鉀在空氣中熔融，加水溶解得到K₂MnO₄溶液，通入二氧化碳得到KMnO₄、MnO₂、K₂CO₃，過濾除去濾渣（MnO₂），濾液為KMnO₄、K₂CO₃溶液，濃縮結晶，趁熱過濾得到KMnO₄晶體，母液中含有K₂CO₃，在母液中加氫氧化鈣得到碳酸鈣沉淀和KOH，
（1）KMnO₄有強氧化性，利用其強氧化性殺菌消毒，消毒原理與84消毒液、雙氧水一樣，
故答案為：BD；
（2）鉍酸鈉（不溶于水）在酸性溶液中與Mn²⁺反應生成MnO₄^-和Bi³⁺，則反應的離子方程式為：2Mn²⁺+5NaBiO₃+14H⁺═2MnO₄^-+5Bi³⁺+5Na⁺+7H₂O；
故答案為：2Mn²⁺+5NaBiO₃+14H⁺═2MnO₄^-+5Bi³⁺+5Na⁺+7H₂O；
（3）由工藝流程轉化關系可知，MnO₂、KOH的熔融混合物中通入空氣時發(fā)生反應生成K₂MnO₄，根據元素守恒還應生成水．反應中錳元素由+4價升高為+6價，總升高2價，氧元素由0價降低為-2價，總共降低4價，化合價升降最小公倍數為4，所以MnO₂系數2，O₂系數為1，根據錳元素守恒確定K₂MnO₄系數為2，根據鉀元素守恒確定KOH系數為4，根據氫元素守恒確定H₂O系數為2，所以反應化學方程式為2MnO₂+4KOH+O₂ $\frac{\underline{\;熔融\;}}{\;}$2K₂MnO₄+2H₂O，
故答案為：2MnO₂+4KOH+O₂ $\frac{\underline{\;熔融\;}}{\;}$2K₂MnO₄+2H₂O；
（4）由工藝流程轉化關系可知，向K₂MnO₄溶液中通入CO₂制備KMnO₄、還生成K₂CO₃、MnO₂，反應只有Mn元素的化合價發(fā)生變化，由+6價降低為+4價，由+6價升高為+7價，所以K₂MnO₄既是氧化劑又是還原劑，
故答案為：K₂MnO₄；
（5）母液中含有K₂CO₃，在母液中加石灰乳（氫氧化鈣）得到碳酸鈣沉淀和KOH，離子方程式為：CO₃^2-+Ca（OH）₂=CaCO₃+2OH^-，
故答案為：CO₃^2-+Ca（OH）₂=CaCO₃+2OH^-；
（6）制備中利用的原料，在轉化過程中又生成的可以循環(huán)利用．由轉化關系圖知，除石灰、二氧化碳外，K₂MnO₄溶液中通入CO₂以制備KMnO₄生成的MnO₂及最后由母液加入石灰生成的KOH，會在MnO₂、KOH的熔融制備K₂MnO₄中被循環(huán)利用，
故答案為：KOH；MnO₂；
（7）由2MnO₂+4KOH+O₂ $\frac{\underline{\;熔融\;}}{\;}$2K₂MnO₄+2H₂O 可知最初的原料中1mol MnO₂恰好得到1mol K₂MnO₄，由3K₂MnO₄+2CO₂=2KMnO₄+2K₂CO₃+MnO₂知，1mol K₂MnO₄在反應中能得到$\frac{2}{3}$molKMnO₄，
故答案為：$\frac{2}{3}$．

點評 本題考查了物質的制備實驗方案設計，涉及常見氧化劑與還原劑、氧化還原反應、化學計算和對工藝流程的理解、閱讀題目獲取信息的能力等，難度中等，需要學生具有扎實的基礎知識與靈活運用知識解決問題的能力．