Question

6．錳及其化合物間的轉(zhuǎn)化如圖1．

請回答下列問題：
（1）反應(yīng)①發(fā)生的主要化學(xué)反應(yīng)的方程式為：2MnO₂+4KOH+O₂ $\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2K₂MnO₄+2H₂O．反應(yīng)③發(fā)生的主要化學(xué)反應(yīng)的方程式為：3Mn₃O₄+8Al $\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$4Al₂O₃+9Mn．
（2）粗KMnO₄晶體中含有少量的K₂CO₃，檢驗其中的少量CO₃^2-用可溶性的鈣鹽或鋇鹽試劑；為了得到純的KMnO₄晶體，操作Ⅲ的名稱為重結(jié)晶．
（3）測定高錳酸鉀樣品純度采用硫酸錳滴定：向高錳酸鉀溶液中滴加硫酸錳溶液，產(chǎn)生黑色沉淀．當(dāng)高錳酸鉀溶液由紫紅色剛好褪色且半分鐘不恢復(fù)，表明達(dá)到滴定終點．寫出該反應(yīng)的離子方程式：2MnO₄-+3Mn²⁺+2H₂O=5MnO₂↓+4H⁺．
（4）已知：常溫下，K_sp[Mn（OH）₂]=2.4×10^-13．工業(yè)上，調(diào)節(jié)pH可以沉淀廢水中Mn²⁺，當(dāng)pH=10時，溶液中c（Mn²⁺）=2.4×10^-5mol/L．
（5）如圖2，用Fe、C作電極電解含MnO₄^-的污水，使之轉(zhuǎn)化為沉淀除去．A電極是Fe（填“Fe”或“C”），污水中MnO₄^-轉(zhuǎn)化為沉淀除去的離子方程式為5Fe²⁺+MnO₄^-+9OH^-+4H₂O=5Fe（OH）₃↓+Mn（OH）₂↓．

Answer 1

分析 將MnO₂和KOH粉碎混合，目的是增大反應(yīng)物的接觸面積，加快反應(yīng)速率，然后將混合物熔融并通入空氣，根據(jù)流程圖知，二者反應(yīng)生成K₂MnO₄，根據(jù)元素守恒知還生成H₂O，K₂MnO₄和CO₂反應(yīng)生成KMnO₄、K₂CO₃、MnO₂，KMnO₄、K₂CO₃易溶于水而MnO₂難溶于水，將KMnO₄、K₂CO₃、MnO₂溶于水然后過濾得到KMnO₄、K₂CO₃混合溶液，再根據(jù)KMnO₄、K₂CO₃溶解度差異采用濃縮結(jié)晶、趁熱過濾得到KMnO₄粗晶體，重結(jié)晶得到純KMnO₄晶體，
（1）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(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)，根據(jù)鉀元素守恒確定KOH系數(shù)，根據(jù)氫元素守恒確定H₂O系數(shù)；反應(yīng)③發(fā)生的主要化學(xué)反應(yīng)是鋁熱反應(yīng)，鋁還原四氧化三錳得到金屬錳；
（2）粗KMnO₄晶體中含有少量的K₂CO₃，檢驗其中的少量CO₃^2-用可溶性鋇鹽或鈣鹽檢驗；為了得到純的KMnO₄晶體，粗晶體可以采取重結(jié)晶的方法提純；
（3）向高錳酸鉀溶液中滴加硫酸錳溶液，產(chǎn)生黑色沉淀二氧化錳，根據(jù)元素守恒和電荷守恒書寫離子方程式；
（4）根據(jù)Ksp[Mn（OH）₂]=c（Mn²⁺）•c²（OH^-），可計算出c（Mn^2-）；
（5）用Fe、C作電極電解含MnO₄^-的污水，需要還原劑，電解池中鐵做陽極失電子生成亞鐵離子，亞鐵離子還原高錳酸根離子生成錳離子，在堿溶液中生成氫氧化錳．

解答 解：（1）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(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{\;高溫\;}}{\;}$2K₂MnO₄+2H₂O，反應(yīng)③發(fā)生的主要化學(xué)反應(yīng)是鋁熱反應(yīng)，鋁還原四氧化三錳得到金屬錳，反應(yīng)的化學(xué)方程式為：3Mn₃O₄+8Al$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$ 4Al₂O₃+9Mn，
故答案為：2MnO₂+4KOH+O₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2K₂MnO₄+2H₂O；3Mn₃O₄+8Al$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$ 4Al₂O₃+9Mn；
（2）粗KMnO₄晶體中含有少量的K₂CO₃，檢驗其中的少量CO₃^2-用可溶性的鈣鹽或鋇鹽，溶解后加入鋇鹽或鈣鹽生成白色沉淀，為了得到純的KMnO₄晶體，操作Ⅲ是粗晶體提純，操作的名稱為重結(jié)晶，
故答案為：可溶性的鈣鹽或鋇鹽均可；重結(jié)晶；
（3）向高錳酸鉀溶液中滴加硫酸錳溶液，產(chǎn)生黑色沉淀二氧化錳，反應(yīng)的離子方程式為2MnO₄^-+3Mn²⁺+2H₂O═5MnO₂↓+4H⁺，
故答案為：2MnO₄^-+3Mn²⁺+2H₂O═5MnO₂↓+4H⁺；
（4）當(dāng)pH=10時，c²（OH^-），c（OH^-）=1×10^-4 mol/L，根據(jù)Ksp[Mn（OH）₂]=c（Mn²⁺）•c²（OH^-），可知c（Mn^2-）=$\frac{Ksp（Mn（OH）_{2}）}{{c}^{2}（O{H}^{-}）}$=$\frac{2.4×1{0}^{-13}}{（1×1{0}^{-4}）^{2}}$=2.4×10^-5mol/L，
故答案為：2.4×10^-5mol/L；
（5）用Fe、C作電極電解含MnO₄^-的污水，需要還原劑，電解池中鐵做陽極失電子生成亞鐵離子，亞鐵離子還原高錳酸根離子生成錳離子，在堿溶液中生成氫氧化錳，反應(yīng)的離子方程式為：5Fe²⁺+MnO₄-+9OH^-+4H₂O=5Fe（OH）₃↓+Mn（OH）₂↓，
故答案為：Fe； 5Fe²⁺+MnO₄-+9OH^-+4H₂O=5Fe（OH）₃↓+Mn（OH）₂↓．

點評 本題考查常見氧化劑與還原劑、氧化還原反應(yīng)、化學(xué)計算和對工藝流程的理解、閱讀題目獲取信息的能力、電解池原理、溶度積常數(shù)計算等，題目難度中等，需要學(xué)生具有扎實的基礎(chǔ)知識與靈活運用知識解決問題的能力．