Question

6．高錳酸鉀是強(qiáng)氧化劑，它的用途遍布各個(gè)行業(yè)．
（1）工業(yè)上由軟錳礦（主要成分為MnO₂）生產(chǎn)高錳酸鉀分為兩個(gè)步驟：
①步驟一將軟錳礦與過量的固體KOH和空氣在高溫下反應(yīng)，生成錳酸鉀（K₂MnO₄），該反應(yīng)的化學(xué)方程式是2MnO₂+4KOH+O₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2K₂MnO₄+2H₂O．
②步驟二以石墨為陽極，鐵為陰極，電解錳酸鉀（K₂MnO₄）溶液，在陽極區(qū)（填“陰極區(qū)”或“陽極區(qū)”）得到高錳酸鉀．陰極反應(yīng)的電極反應(yīng)式是2H⁺+2e^-=H₂↑．
（2）某研究小組用工業(yè)生產(chǎn)高錳酸鉀產(chǎn)生的廢渣--錳泥（含K₂MnO₄、MnO₂及Pb、Ca等元素）和軋鋼廢酸液制取工業(yè)級(jí)碳酸錳（MnCO₃），其流程如下：

①軋鋼廢酸中Fe²⁺的作用是將高價(jià)的錳元素還原成Mn²⁺．
②操作Ⅰ、操作Ⅱ、操作Ⅲ的名稱是過濾．
③溶液C中除含有Ca²⁺、Mn²⁺、H⁺外，還含有的陽離子是K⁺、Na⁺、NH₄⁺．
④若固體C中不含CaCO₃，則溶液C中$\frac{c（C{a}^{2+}）}{c（M{n}^{2+}）}$＜500．
[已知：Ksp（MnCO₃）=1×10^-11，Ksp（CaCO₃）=5×10^-9]．

Answer 1

分析 （1）①將軟錳礦與過量的固體KOH和空氣在高溫下反應(yīng)，生成錳酸鉀（K₂Mn0₄），結(jié)合原子守恒配平書寫化學(xué)方程式；
②電解錳酸鉀（K₂Mn0₄）溶液，得到高錳酸鉀，結(jié)合錳元素化合價(jià)變化+6價(jià)變化為+7價(jià)，失電子發(fā)生氧化還原反應(yīng)，陰極上是溶液中氫離子得到電子生成氫氣；
（2）猛泥（含K₂Mn0₄、Mn0₂及Pb、Ca等元素）和軋鋼廢酸液制取工業(yè)級(jí)碳酸錳（MnCO₃），錳泥和軋鋼廢液浸泡，其中軋鋼廢酸中Fe²⁺的作用是還原K₂Mn0₄、Mn0₂為錳離子，加入適量氫氧化鈉調(diào)節(jié)溶液PH=4，過濾得到溶液A和固體A，溶液A中加入硫化鈉溶液反應(yīng)得到固體B為PbS沉淀，濾液B加入碳酸氫銨溶液過濾得到固體C碳酸錳；
①亞鐵離子具有還原性還原錳元素為錳離子；
②分析流程操作ⅠⅡⅢ都是分離固體和液體的操作，用 過濾操作分離；
③溶液C中除含有Ca²⁺、Mn²⁺、H⁺外，還含有的陽離子是K⁺、Na⁺、NH₄⁺；
④依據(jù)碳酸鈣和碳酸錳共存，結(jié)合溶度積常數(shù)計(jì)算分析．

解答 解：（1）①將軟錳礦與過量的固體KOH和空氣在高溫下反應(yīng)，生成錳酸鉀（K₂Mn0₄），結(jié)合原子守恒配平書寫化學(xué)方程式為：2MnO₂+4KOH+O₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2K₂MnO₄+2H₂O，
故答案為：2MnO₂+4KOH+O₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2K₂MnO₄+2H₂O；
②電解錳酸鉀（K₂Mn0₄）溶液，得到高錳酸鉀，結(jié)合錳元素化合價(jià)變化+6價(jià)變化為+7價(jià)，失電子發(fā)生氧化還原反應(yīng)，所以在陽極區(qū)發(fā)生反應(yīng)；陰極上是溶液中氫離子得到電子生成氫氣，電極反應(yīng)為：2H⁺+2e^-=H₂↑，
故答案為：陽極區(qū)；2H⁺+2e^-=H₂↑；
（2）猛泥（含K₂Mn0₄、Mn0₂及Pb、Ca等元素）和軋鋼廢酸液制取工業(yè)級(jí)碳酸錳（MnCO₃），錳泥和軋鋼廢液浸泡，其中軋鋼廢酸中Fe²⁺的作用是還原K₂Mn0₄、Mn0₂為錳離子，加入適量氫氧化鈉調(diào)節(jié)溶液PH=4，過濾得到溶液A和固體A，溶液A中加入硫化鈉溶液反應(yīng)得到固體B為PbS沉淀，濾液B加入碳酸氫銨溶液過濾得到固體C碳酸錳；
①軋鋼廢酸中Fe²⁺的作用是，亞鐵離子具有還原性，還原錳元素為錳離子；
故答案為：將高價(jià)的錳元素還原成Mn²⁺；
②分析流程操作ⅠⅡⅢ都是分離固體和液體的操作，用過濾操作分離；
故答案為：過濾；
③依據(jù)流程和加入的試劑分析判斷，溶液C中除含有Ca²⁺、Mn²⁺、H⁺外，還含有的陽離子是K⁺、Na⁺、NH₄⁺；
故答案為：K⁺、Na⁺、NH₄⁺；
④依據(jù)碳酸鈣和碳酸錳共存，結(jié)合溶度積常數(shù)計(jì)計(jì)算，則溶液C中$\frac{c（Ca{\;}^{2+}）}{c（Mn{\;}^{2+}）}$=$\frac{Ksp（CaCO{\;}_{3}）}{Ksp（MgCO{\;}_{3}）}$=$\frac{5×10{\;}^{-9}}{1×10{\;}^{-11}}$=500，若固體C中不含CaCO₃，則溶液C中$\frac{c（C{a}^{2+}）}{c（M{n}^{2+}）}$＜500；
故答案為：500．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了流程分析，實(shí)驗(yàn)基本操作方法，電解原理 分析判斷，溶度積常數(shù)計(jì)算應(yīng)用，掌握基礎(chǔ)是關(guān)鍵，題目難度中等．