题目内容
【题目】高锰酸钾(KMnO4)是一种常用氧化剂,主要用于化工、防腐及制药工业等。以软锰矿(主要成分为MnO2)为原料生产高锰酸钾的工艺路线如下:
回答下列问题:
(1)原料软锰矿与氢氧化钾按1∶1的比例在“烘炒锅”中混配,混配前应将软锰矿粉碎,其作用是 。
(2)“平炉”中发生的化学方程式为 。
(3)“平炉”中需要加压,其目的是 。
(4)将K2MnO4转化为KMnO4的生产有两种工艺。
①“歧化法”是传统工艺,即在K2MnO4溶液中通入CO2气体,使体系呈中性或弱酸性,K2MnO4发生歧化反应,反应中生成K2MnO4、MnO2和 (写化学式)。
②“电解法”为现代工艺,即电解K2MnO4水溶液,电解槽中阳极发生的电极反应为 ,阴极逸出的气体是 。
③“电解法”和“歧化法”中,K2MnO4的理论利用率之比为 。
(5)高锰酸钾纯度的测定:称取1.0800 g样品,溶解后定容于100 mL容量瓶中,摇匀。取浓度为0.2000 mol·L1的H2C2O4标准溶液20.00 mL,加入稀硫酸酸化,用KMnO4溶液平行滴定三次,平均消耗的体积为24.48 mL,该样品的纯度为 (列出计算式即可,已知2MnO4-+5H2C2O4+6H+=2Mn2++10CO2↑+8H2O)。
【答案】(1)增大反应物接触面积,加快反应速率,提高原料利用率;
(2)2MnO2+4KOH + O22K2MnO4+2H2O;
(3)提高氧气的压强,加快反应速率,增加软锰矿转化率;
(4)①KHCO3;②MnO42e=MnO4;H2;③3:2;
(5)。
【解析】(1)MnO2是固体物质,对于有固体参加的化学反应,由于其浓度不变,因此可通过增大其反应接触表面积的方法来提高反应速率,使更多的软锰矿反应转化为生成物,从而提高其转化率,因此要将其粉碎成细小的颗粒;(2)根据流程图可知,在“平炉”中MnO2、KOH、O2在加热时会反应产生K2MnO4,根据质量守恒定律可知,另外一种生成物质是H2O,根据原子守恒、电子守恒可得发生的化学方程式为2MnO2+O2+4KOH2K2MnO4+2H2O ;(3)由于上述反应中氧气的状态是气态,在“平炉”中增大压强,就可以使反应物氧气的浓度增大,根据外界条件对化学反应速率的影响,增大反应物的浓度,可以使化学反应速率加快;再结合外界条件对化学平衡移动的影响,任何反应都具有一定的可逆性,该反应的正反应是气体体积减小的反应。若增大压强,可以使化学平衡向气体体积减小的正反应方向移动,故可以提高原料的转化率;(4)①在K2MnO4溶液中通入CO2气体,使体系呈中性或弱酸性,这时K2MnO4会发生歧化反应,生成KMnO4、MnO2,根据质量守恒定律可知,另外一种生成物是KHCO3;根据氧化还原反应中的电子守恒及反应的原子守恒,可得该反应的化学方程式是:3K2MnO4+ 4CO2+2H2O = 2KMnO4+MnO2+4KHCO3;②“电解法”为现代工艺,即电解K2MnO4水溶液,在电解槽阳极,MnO42失去电子,发生氧化反应,产生MnO4。阳极的电极反应式是:MnO42e=MnO4;在阴极,溶液中的水电离产生的H+获得电子变为氢气逸出,阴极的电极反应式是:2H2O+2e=H2↑+2OH。所以阴极逸出的气体是H2;总反应方程式是:2K2MnO4+2H2O
2KMnO4+H2↑+2KOH;③根据“电解法”方程式2K2MnO4+ 2H2O
2KMnO4+H2↑+2KOH 可知,K2MnO4完全转化为KMnO4,所以K2MnO4的理论利用率是100%;而在“CO2歧化法” 3K2MnO4+ 4CO2+2H2O = 2KMnO4+MnO2+4KHCO3;中,反应的K2MnO4中只有2/3反应转化为KMnO4,所以K2MnO4的理论利用率是2/3,故“电解法”和“CO2歧化法”制取KMnO4时K2MnO4的理论利用率之比为1:2/3=3:2;(5)根据离子方程式2MnO4-+5H2C2O4+ 6H+= 2Mn2++10CO2↑+8H2O可知,KMnO4与草酸反应的关系式是:2KMnO4~5H2C2O4。取浓度为0.2000 mol·L1的H2C2O4标准溶液20.00 mL,加入稀硫酸酸化,用KMnO4溶液平行滴定三次,平均消耗的体积为24.48 mL,则配制的溶液的浓度为:
。则1.0800 g样品中含KMnO4的物质的量为:n(KMnO4)=c·V=
,由于样品的质量是1.0800g,则该样品含有的KMnO4的的纯度为:ω=
。
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