Question

10．高錳酸鉀可用于生活消毒，是中學(xué)化學(xué)常見的氧化劑．工業(yè)上，用軟錳礦制高錳酸鉀的流程如下（部分條件和產(chǎn)物省略）：

請回答下列問題：
（1）提高錳酸鉀浸出率（浸出錳酸鉀質(zhì)量與固體總質(zhì)量之比）的措施有增大硫酸濃度、升高溫度、邊加硫酸邊攪攔、增加浸出時(shí)間等．
（2）寫出二氧化錳和氫氧化鉀熔融物中通入空氣時(shí)發(fā)生的主要化學(xué)反應(yīng)的方程式：2MnO₂+4KOH+O₂ $\frac{\underline{\;熔融\;}}{\;}$2K₂MnO₄+2H₂O．
（3）從經(jīng)濟(jì)性考慮試劑X宜選擇（填名稱）：石灰乳（或生石灰）．上述流程中，設(shè)計(jì)步驟IV和V的目的是循環(huán)利用二氧化錳、氫氧化鉀，提高原料利用率．
（4）以惰性材料為電極，采用電解錳酸鉀溶液的方法完成步驟III轉(zhuǎn)化．
①陽極反應(yīng)式為MnO₄^2--e^-=MnO₄^-．
②電解過程中，陰極附近電解質(zhì)溶液的pH將增大（填：增大、減小或不變）．
（5）測定高錳酸鉀樣品純度：向高錳酸鉀溶液中滴定硫酸錳溶液，產(chǎn)生黑色沉淀．當(dāng)溶液由紫紅色剛好褪色且半分鐘不變色，表明達(dá)到滴定終點(diǎn)．寫出離子方程式：2MnO₄^-?+3Mn²⁺+2H₂O=5MnO₂↓+4H⁺．
（6）已知：常溫下，Ksp[Mn（OH）₂]=2.0×10^-13．工業(yè)上，調(diào)節(jié)pH沉淀廢水中Mn²⁺，當(dāng)pH=10時(shí)，溶液中c（Mn^2）=2.0×10^-5mol/L．

Answer 1

分析 軟錳礦的主要成分為MnO₂，由工藝流程轉(zhuǎn)化關(guān)系可知，MnO₂、KOH的熔融混合物中通入空氣時(shí)發(fā)生反應(yīng)生成K₂MnO₄，向K₂MnO₄溶液中通入CO₂制備KMnO₄、還生成K₂CO₃、MnO₂，通過過濾，分離出二氧化錳，濾液中含KMnO₄和K₂CO₃，根據(jù)KMnO₄和K₂CO₃在溶解性上不同采用蒸發(fā)結(jié)晶的方式可分離出高錳酸鉀和碳酸鉀，對粗高錳酸鉀進(jìn)行重結(jié)晶、干燥得到純凈的高錳酸鉀；向碳酸鉀溶液中加入石灰生成碳酸鈣和氫氧化鉀，據(jù)此答題．

解答 解：軟錳礦的主要成分為MnO₂，由工藝流程轉(zhuǎn)化關(guān)系可知，MnO₂、KOH的熔融混合物中通入空氣時(shí)發(fā)生反應(yīng)生成K₂MnO₄，向K₂MnO₄溶液中通入CO₂制備KMnO₄、還生成K₂CO₃、MnO₂，通過過濾，分離出二氧化錳，濾液中含KMnO₄和K₂CO₃，根據(jù)KMnO₄和K₂CO₃在溶解性上不同采用蒸發(fā)結(jié)晶的方式可分離出高錳酸鉀和碳酸鉀，對粗高錳酸鉀進(jìn)行重結(jié)晶、干燥得到純凈的高錳酸鉀；向碳酸鉀溶液中加入石灰生成碳酸鈣和氫氧化鉀，
（1）從濃度、溫度等影響化學(xué)反應(yīng)速率的角度可知，提高浸出率，可增大硫酸濃度、升高溫度、邊加硫酸邊攪攔、增加浸出時(shí)間等，
故答案為：增大硫酸濃度、升高溫度、邊加硫酸邊攪攔、增加浸出時(shí)間等；
（2）由工藝流程轉(zhuǎn)化關(guān)系可知，MnO₂、KOH的熔融混合物中通入空氣時(shí)發(fā)生反應(yīng)生成K₂MnO₄，根據(jù)元素守恒還應(yīng)生成水．反應(yīng)中錳元素由+4價(jià)升高為+6價(jià)，總升高2價(jià)，氧元素由0價(jià)降低為-2價(jià)，總共降低4價(jià)，化合價(jià)升降最小公倍數(shù)為4，所以MnO₂系數(shù)2，O₂系數(shù)為1，根據(jù)錳元素守恒確定K₂MnO₄系數(shù)為2，根據(jù)鉀元素守恒確定KOH系數(shù)為4，根據(jù)氫元素守恒確定H₂O系數(shù)為2，所以反應(yīng)化學(xué)方程式為2MnO₂+4KOH+O₂ $\frac{\underline{\;熔融\;}}{\;}$2K₂MnO₄+2H₂O，
故答案為：2MnO₂+4KOH+O₂ $\frac{\underline{\;熔融\;}}{\;}$2K₂MnO₄+2H₂O；
（3）試劑X是將碳酸鉀反應(yīng)生成氫氧化鉀，所以從經(jīng)濟(jì)性考慮試劑X宜選擇石灰乳（或生石灰），上述流程中，步驟IV和V都是物質(zhì)循環(huán)利用，其目的是循環(huán)利用二氧化錳、氫氧化鉀，提高原料利用率，
故答案為：石灰乳（或生石灰）；循環(huán)利用二氧化錳、氫氧化鉀，提高原料利用率；
（4）電解錳酸鉀溶液時(shí)，陽極上錳酸根離子失電子生成高錳酸根離子，電極反應(yīng)式為MnO₄^2--e^-=MnO₄^-，陰極上水得電子生成氫氣和氫氧根離子，電極反應(yīng)為2H₂O+2e^-=H₂↑+2OH^-，則陰極溶液的pH增大，
故答案為：①M(fèi)nO₄^2--e^-=MnO₄^-；②增大；
（5）用高錳酸鉀溶液滴定硫酸錳溶液，產(chǎn)生黑色沉淀，發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為2MnO₄^-?+3Mn²⁺+2H₂O=5MnO₂↓+4H⁺，
故答案為：2MnO₄^-?+3Mn²⁺+2H₂O=5MnO₂↓+4H⁺；
（6）pH=10時(shí)c（OH^-）=10^-4mol/L，根據(jù)Ksp[Mn（OH）₂]=c²（OH^-）×c（Mn²⁺）可知，溶液中c（Mn^2）=$\frac{2.0×1{0}^{-13}}{（{1{0}^{-4}）}^{2}}$mol/L=2.0×10^-5mol/L，
故答案為：2.0×10^-5mol/L．

點(diǎn)評 本題考查常見氧化劑與還原劑、氧化還原反應(yīng)、化學(xué)計(jì)算和對工藝流程的理解、閱讀題目獲取信息的能力等，解答本題時(shí)要充分理解圖中提供的信息，只有理解了圖中信息才能對問題做出正確的判斷，題目難度中等．