Question

1．软锰矿的主要成分为MnO₂，工业可用其按如下方法制备高锰酸钾：

a．将软锰矿初选后粉碎，与固体苛性钾混合，加入反应釜中敞口加热至熔融，并保持熔融状态下搅拌25～30min，冷却得墨绿色熔渣（主要成分为K₂MnO₄）；
b．将熔渣粉碎，加入去离子水溶解，充分搅拌后过滤得墨绿色滤液1；
c．取适量70%硫酸，加入滤液1中，边加边搅拌，直至不再产生棕褐色沉淀，过滤，得紫色滤液2；
d．提纯滤液2即可得高锰酸钾粗品．
根据上述内容回答下列问题：
（1）步骤a中，反应物熔融状态下搅拌的目的是：使熔融物充分接触空气，用化学方程式表示出MnO₂转化为K₂MnO₄的反应原理：2MnO₂+4KOH+O₂$\frac{\underline{\;熔融\;}}{\;}$2K₂MnO₄+2H₂O．
（2）粉碎后的软锰矿与苛性钾置于C中进行加热．
A．陶瓷反应釜   B．石英反应釜    C．铁制反应釜
（3）写出步骤c中反应的离子方程式：3MnO₄^2-+4H⁺$\frac{\underline{\;熔融\;}}{\;}$2MnO₄^-+MnO₂+2H₂O．
（4）步骤d中由滤液2得到高锰酸钾粗品的主要操作步骤是：蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥．
（5）若将母液循环使用，可能造成的问题是：导致K₂SO₄逐渐积累，结晶时随产品析出，降低高锰酸钾纯度．
（6）早先有文献报道：步骤a中加入KClO₃固体会缩短流程时间以及提高高锰酸钾的产率，但从绿色化学角度考虑后，现在工厂中一般不采用此法，你认为这种方法不符合绿色化学的原因是：以KClO₃为氧化剂会使滤渣中含有大量KCl，溶解酸化时，Cl^-被氧化会产生大量氯气．

Answer 1

分析 （1）该反应需要氧气参加，反应物熔融状态下搅拌目的是使熔融物充分接触空气；由题目信息可知，MnO₂、KOH的熔融混合物中通入空气时发生反应生成K₂MnO₄，根据元素守恒还应生成水，根据电子得失、原子守恒进行配平；
（2）陶瓷、石英原料含有SiO₂，在高温下，瓷坩埚可以和KOH发生反应：SiO₂+2KOH═K₂SiO₃+H₂O；
（3）步骤c中反应中硫酸和K₂MnO₄生成棕褐色沉淀MnO₄和KMnO₄，根据质量守恒确定其他产物，利用电子得失守恒和原子守恒配平；
（4）从溶液中得到固体的实验操作一般为蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥；
（5）母液中含有硫酸钾，循环使用，导致K₂SO₄逐渐积累，结晶时随产品析出，产品不纯；
（6）以KClO₃为氧化剂还原产物为KCl，溶解酸化时，Cl^-被氧化生成氯气，从而污染环境．

解答 解：（1）步骤a中，反应物熔融状态下搅拌的目的是：使熔融物充分接触空气；由题目信息可知，MnO₂、KOH的熔融混合物中通入空气时发生反应生成K₂MnO₄，根据元素守恒还应生成水，反应中锰元素由+4价升高为+6价，总升高2价，氧元素由0价降低为-2价，总共降低4价，化合价升降最小公倍数为4，所以MnO₂系数2，O₂系数为1，根据锰元素守恒确定K₂MnO₄系数为2，根据钾元素守恒确定KOH系数为4，根据氢元素守恒确定H₂O系数为2，所以反应化学方程式为：2MnO₂+4KOH+O₂$\frac{\underline{\;熔融\;}}{\;}$2K₂MnO₄+2H₂O；
故答案为：使熔融物充分接触空气；2MnO₂+4KOH+O₂$\frac{\underline{\;熔融\;}}{\;}$2K₂MnO₄+2H₂O；
（2）陶瓷、石英原料含有SiO₂，在高温下，陶瓷、石英可以和KOH发生反应：SiO₂+2KOH═K₂SiO₃+H₂O，腐蚀反应釜，故不能使用陶瓷反应釜和石英反应釜，而使用铁制反应釜；
故选：C；
（3）步骤c中反应中硫酸和K₂MnO₄生成棕褐色沉淀MnO₂和KMnO₄，根据元素守恒还应生成水，反应中锰元素由+6价升高为+7价，升高1价，由+6价降低为+4价，降低2价，化合价升降最小公倍数为2，所以MnO₂系数2，MnO₄^-系数为1，根据锰元素守恒确定MnO₄^2-系数为3，根据电荷守恒确定H⁺系数为4，根据氢元素守恒确定H₂O系数为2，所以离子化学方程式为：3MnO₄^2-+4H⁺$\frac{\underline{\;熔融\;}}{\;}$2MnO₄^-+MnO₂+2H₂O；
故答案为：3MnO₄^2-+4H⁺$\frac{\underline{\;熔融\;}}{\;}$2MnO₄^-+MnO₂+2H₂O；
（4）从滤液中得到KMnO₄晶体的实验操作依次是蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥，故答案为：蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥；
（5）母液中含有硫酸钾，循环使用，导致K₂SO₄逐渐积累，结晶时随产品析出，降低高锰酸钾纯度，
故答案为：导致K₂SO₄逐渐积累，结晶时随产品析出，降低高锰酸钾纯度；
（6）以KClO₃为氧化剂还原产物为KCl，溶解酸化时，Cl^-被氧化生成氯气，从而污染环境，
故答案为：以KClO₃为氧化剂会使滤渣中含有大量KCl，溶解酸化时，Cl^-被氧化会产生大量氯气．

点评 本题考查学生对工艺流程的理解、阅读获取信息能力、物质推断、氧化还原反应等，难度中等，是对所学知识的综合运用与能力的考查，需要学生具备扎实的基础知识与综合运用知识、信息进行解决问题的能力．