Question

【題目】【化學(xué)——選修2：化學(xué)與技術(shù)】高錳酸鉀（KMnO4）是一種常用氧化劑，主要用于化工、防腐及制藥工業(yè)等。以軟錳礦（主要成分為MnO2）為原料生產(chǎn)高錳酸鉀的工藝路線如下：

回答下列問題：

（1）原料軟錳礦與氫氧化鉀按1∶1的比例在“烘炒鍋”中混配，混配前應(yīng)將軟錳礦粉碎，其作用是 。

（2）“平爐”中發(fā)生的化學(xué)方程式為 。

（3）“平爐”中需要加壓，其目的是 。

（4）將K2MnO4轉(zhuǎn)化為KMnO4的生產(chǎn)有兩種工藝。

①“歧化法”是傳統(tǒng)工藝，即在K2MnO4溶液中通入CO2氣體，使體系呈中性或弱堿性，K2MnO4發(fā)生歧化反應(yīng)，反應(yīng)中生成K2MnO4，MnO2和 （寫化學(xué)式）。

②“電解法”為現(xiàn)代工藝，即電解K2MnO4水溶液，電解槽中陽極發(fā)生的電極反應(yīng)為 ，陰極逸出的氣體是 。

③“電解法”和“歧化法”中，K2MnO4的理論利用率之比為 。

（5）高錳酸鉀純度的測定：稱取1.0800 g樣品，溶解后定容于100 mL容量瓶中，搖勻。取濃度為0.2000 mol·L1的H2C2O4標(biāo)準(zhǔn)溶液20.00 mL，加入稀硫酸酸化，用KMnO4溶液平行滴定三次，平均消耗的體積為24.48 mL，該樣品的純度為

（列出計算式即可，已知2MnO4-+5H2C2O4+6H+=2Mn2++10CO2↑+8H2O）。

Answer 1

【答案】（1）增大反應(yīng)物接觸面積，加快反應(yīng)速率，提高原料利用率；

（2）2MnO2+O2+4KOH2K2MnO4+2H2O；

（3）提高氧氣的壓強(qiáng)，加快反應(yīng)速率加快，增加軟錳礦的轉(zhuǎn)化率；

（4） ① KHCO3；②MnO42--e-=MnO4-；H2；③3:2；

（5） 。

【解析】

試題分析：（1） MnO2是固體物質(zhì)，對于有固體參加的化學(xué)反應(yīng)，由于其濃度不變，因此可通過增大其反應(yīng)接觸表面積的方法來提高反應(yīng)速率，使更多的軟錳礦反應(yīng)轉(zhuǎn)化為生成物，從而提高其轉(zhuǎn)化率，因此要將其粉碎成細(xì)小的顆粒；（2） 根據(jù)流程圖可知，在“平爐”中MnO2、KOH、O2在加熱時會反應(yīng)產(chǎn)生K2MnO4，結(jié)合反應(yīng)前后各種元素的原子個數(shù)、原子種類不變，即根據(jù)質(zhì)量守恒定律可知，另外一種生成物質(zhì)是H2O，根據(jù)原子守恒、電子守恒可得發(fā)生的化學(xué)方程式為2MnO2+O2+4KOH2K2MnO4+2H2O ；（3）由于上述反應(yīng)中氧氣的狀態(tài)是氣態(tài)，在“平爐”中增大壓強(qiáng)，就可以使反應(yīng)物氧氣的濃度增大，根據(jù)外界條件對化學(xué)反應(yīng)速率的影響，增大反應(yīng)物的濃度，可以使化學(xué)反應(yīng)速率加快；再結(jié)合外界條件對化學(xué)平衡移動的影響，任何反應(yīng)都具有一定的可逆性，該反應(yīng)的正反應(yīng)是氣體體積減小的反應(yīng)。若增大壓強(qiáng)，可以使化學(xué)平衡向氣體體積減小的正反應(yīng)方向移動，故可以提高原料的轉(zhuǎn)化率； （4） ①在K2MnO4溶液中通入CO2氣體，使體系呈中性或弱堿性，這時K2MnO4會發(fā)生歧化反應(yīng)，生成KMnO4，MnO2，根據(jù)質(zhì)量守恒定律可知，另外一種生成物是KHCO3；根據(jù)氧化還原反應(yīng)中的電子守恒及反應(yīng)的原子守恒，可得該反應(yīng)的化學(xué)方程式是：3K2MnO4+ 4CO2+2H2O = 2KMnO4+MnO2+4KHCO3；②“電解法”為現(xiàn)代工藝，即電解K2MnO4水溶液，在電解槽中陽極，MnO42-失去電子，發(fā)生氧化反應(yīng)，產(chǎn)生MnO4-。陽極的電極反應(yīng)式是：MnO42--e-=MnO4-；在陰極，溶液中的水電離產(chǎn)生的H+獲得電子變?yōu)闅錃庖莩觯�陰極的電極反應(yīng)式是：2H2O+2e-=H2↑+2OH-。所以陰極逸出的氣體是H2；總反應(yīng)方程式是：2K2MnO4+2H2O2KMnO4+2H2↑+2KOH；③根據(jù)“電解法”方程式2K2MnO4+ 2H2O2KMnO4+2H2↑+2KOH 可知K2MnO4完全轉(zhuǎn)化為KMnO4，所以K2MnO4的理論利用率是100%；而在“CO2歧化法” 3K2MnO4+ 4CO2+2H2O = 2KMnO4+MnO2+4KHCO3；中，反應(yīng)的K2MnO4中只有2/3反應(yīng)轉(zhuǎn)化為KMnO4，所以K2MnO4的理論利用率是2/3，故“電解法”和“CO2歧化法”制取KMnO4時K2MnO4的理論利用率之比為1:2/3=3:2；（5）根據(jù)離子方程式2MnO4-+5H2C2O4+ 6H+= 2Mn2++10CO2↑+8H2O可知KMnO4與草酸反應(yīng)的關(guān)系式是：2KMnO4～5H2C2O4。取濃度為0.2000 mol·L1的H2C2O4標(biāo)準(zhǔn)溶液20.00 mL，加入稀硫酸酸化，用KMnO4溶液平行滴定三次，平均消耗的體積為24.48 mL，則配制的溶液的濃度為：。則1.0800g樣品中含KMnO4的物質(zhì)的量為：n（KMnO4）=c·V= ，由于樣品的質(zhì)量是1.0800g，則該樣品含有的KMnO4的的純度為：ω=。