Question

18．工業(yè)上以軟錳礦（主要成分MnO₂）為原料，通過液相法生產(chǎn)KMnO₄．即在堿性條件下用氧氣氧化MnO₂得到K₂MnO₄，分離后得到的K₂MnO₄，再用惰性材料為電極電解K₂MnO₄溶液得到KMnO₄，其生產(chǎn)工藝簡略如下：
（1）反應(yīng)器中反應(yīng)的化學(xué)方程式為4KOH+2MnO₂+O₂=2K₂MnO₄+2H₂O．
（2）生產(chǎn)過程中最好使用含MnO₂80%以上的富礦，因為MnO₂含量最低的貧礦中Al、Si的氧化物含量較高，會導(dǎo)致KOH消耗量偏高 （填“偏高”或“偏低”）．
（3）電解槽中總的離子反應(yīng)方程式為2MnO₄^2-+2H₂O $\frac{\underline{\;通電\;}}{\;}$2MnO₄^-+2OH^-+H₂↑．
（4）在傳統(tǒng)工藝中得到K₂MnO₄后，向其中通入適量CO₂反應(yīng)生成黑色固體、KMnO₄等，反應(yīng)的化學(xué)反應(yīng)方程式為3K₂MnO₄+2CO₂═2KMnO₄+MnO₂+2K₂CO₃．
上述反應(yīng)中氧化劑與還原劑的質(zhì)量比為1：2．與該傳統(tǒng)工藝相比，電解法的優(yōu)勢是產(chǎn)率更高、KOH循環(huán)利用．
（5）用高錳酸鉀測定草酸結(jié)晶水合物的純度：稱草酸晶體樣品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（雜質(zhì)不反應(yīng)），至溶液呈淺粉紅色且半分鐘內(nèi)不褪去，消耗KMnO₄溶液14.80mL，則該草酸晶體的純度為93.2%．（結(jié)果保留3位有效數(shù)字）（已知該草酸結(jié)晶水合物H₂C₂O₄•2H₂O的相對分子質(zhì)量為126）

Answer 1

分析 軟錳礦（主要成分MnO₂）為原料，通過液相法生產(chǎn)KMnO₄．即在堿性條件下用氧氣氧化MnO₂得到K₂MnO₄，生成的二氧化錳循環(huán)使用，分離后得到的K₂MnO₄，再用惰性材料為電極電解K₂MnO₄溶液得到KMnO₄，生成的KOH循環(huán)使用，
（1）堿性條件下用氧氣氧化MnO₂得到K₂MnO₄，根據(jù)得失電子守恒和原子守恒寫出相應(yīng)的方程式；
（2）氧化鋁是兩性氧化物，氧化鋁能和強堿反應(yīng)生成偏鋁酸鹽和水，所以會導(dǎo)致KOH消耗量偏高．
（3）在電解槽中用鉑板作用陽極，鐵作陰極電解K₂MnO₄溶液得到KMnO₄，陰極上水得電子發(fā)生還原反應(yīng)生成氫氣和氫氧根離子，陽極上錳酸根離子失電子反應(yīng)氧化反應(yīng)生成高錳酸根離子．
（4）根據(jù)題干信息可知反應(yīng)物為K₂MnO₄、CO₂、生成黑色固體MnO₂、KMnO₄，根據(jù)原子守恒書寫化學(xué)反應(yīng)方程式，根據(jù)方程式可知3molK₂MnO₄參加反應(yīng)生成2molKMnO₄、1molMnO₂，據(jù)此判斷氧化劑與還原劑的質(zhì)量之比；電解法陽極都生成KMnO₄，產(chǎn)率更高；
（5）發(fā)生反應(yīng)：5H₂C₂O₄+2MnO₄^-+6H⁺=10CO₂↑+2Mn²⁺+8H₂O，根據(jù)方程式計算樣品中草酸的質(zhì)量，進而計算草酸的質(zhì)量分數(shù)．

解答 解：（1）二氧化錳和氫氧化鉀、氧氣發(fā)生反應(yīng)，生成錳酸鉀和水，Mn（+4→+6），O（0→-2），反應(yīng)的化學(xué)方程式為4KOH+2MnO₂+O₂=2K₂MnO₄+2H₂O，
故答案為：4KOH+2MnO₂+O₂=2K₂MnO₄+2H₂O；
（2）氧化鋁是兩性氧化物，既能與強酸反應(yīng)也能與強堿反應(yīng)，氧化鋁和強堿反應(yīng)生成偏鋁酸鹽和水，反應(yīng)的化學(xué)方程式為2KOH+Al₂O₃=2KAlO₂+H₂O，所以會導(dǎo)致KOH消耗量偏高，
故答案為：偏高；
（3）電解錳酸鉀溶液時，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^-，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2MnO₄^2--2e^-=2MnO₄^-，即MnO₄^2--e^-=MnO₄^-，則電極總反應(yīng)為：2MnO₄^2-+2H₂O$\frac{\underline{\;通電\;}}{\;}$2MnO₄^-+2OH^-+H₂↑，
故答案為：2MnO₄^2-+2H₂O$\frac{\underline{\;通電\;}}{\;}$2MnO₄^-+2OH^-+H₂↑；
（4）反應(yīng)物為K₂MnO₄、CO₂、生成黑色固體MnO₂、KMnO₄，所以的化學(xué)方程式為：3K₂MnO₄+2CO₂═2KMnO₄+MnO₂+2K₂CO₃；
由化學(xué)反應(yīng)方程式：3K₂MnO₄+2CO₂═2KMnO₄+MnO₂+2K₂CO₃分析得出，3molK₂MnO₄參加反應(yīng)生成2molKMnO₄、1molMnO₂，即3mol高錳酸鉀參與反應(yīng)有1mol作氧化劑、2mol作還原劑，則反應(yīng)中氧化劑與還原劑的質(zhì)量比為1：2；
與該傳統(tǒng)工藝相比，電解法陽極都生成KMnO₄，產(chǎn)率更高，所以優(yōu)勢是產(chǎn)率更高、KOH循環(huán)利用；
故答案為：3K₂MnO₄+2CO₂═2KMnO₄+MnO₂+2K₂CO₃；1：2；產(chǎn)率更高、KOH循環(huán)利用；
（5）在測定過程中，高錳酸鉀為氧化劑，草酸為還原劑，反應(yīng)的離子方程式為：5H₂C₂O₄+2MnO₄^-+6H⁺=10CO₂↑+2Mn²⁺+8H₂O，根據(jù)方程式可得關(guān)系式：
5H₂C₂O₄•2H₂O～2KMnO₄
5                             2
n                      0.02mol/L×14.8×10^-3L×$\frac{100ml}{20ml}$
解得：n（H₂C₂O₄•2H₂O）=3.7×10^-3mol
則m（H₂C₂O₄•2H₂O）=3.7×10^-3mol×126g/mol=0.4662g，
所以成品的純度為：$\frac{0.4662g}{0.500g}$×100%=93.2%，
故答案為：93.2%．

點評 本題考查實驗制備方案的設(shè)計、物質(zhì)分離與提純方法的綜合應(yīng)用，題目難度中等，涉及化學(xué)實驗基本操作、工藝流程、氧化還原反應(yīng)滴定計算、物質(zhì)含量的測定等知識，根據(jù)題中已知條件確定生成物并寫出反應(yīng)方程式明確原理是解題關(guān)鍵，是對學(xué)生綜合能力的考查．