Question

【题目】高锰酸钾常用作消毒杀菌、水质净化剂等。某小组用软锰矿(主要含MnO2,还含有少量SiO2、Al2O3、Fe2O3等杂质)模拟工业制高锰酸钾流程如下。试回答下列问题。

(1)配平焙烧时化学反应: □MnO2+□_____+□O2□K2MnO4+□H2O；工业生产中采用对空气加压的方法提高MnO2利用率，试用碰撞理论解释其原因__________。

(2)滤渣II 的成分有_______(化学式);第一次通CO2不能用稀盐酸代替的原因是_________。

(3)第二次通入过量CO2生成MnO2的离子方程式为_________。

(4)将滤液Ⅲ进行一系列操作得KMnO4。

由下图可知,从滤液Ⅲ得到KMnO4需经过_____、______、洗涤等操作。

(5)工业上按上述流程连续生产。含MnO2a%的软锰矿1吨，理论上最多可制KMnO4___吨。

(6)利用电解法可得到更纯的KMnO4。用惰性电极电解滤液II。

①电解槽阳极反应式为____________；

②阳极还可能有气体产生,该气体是__________。

Answer 1

【答案】 2 4 KOH 1 2 2 加压增大了氧气浓度，使单位体积内的活化分子数增加，有效碰撞次数增多,反应速率加快,使MnO2反应更充分 Al(OH)3、H2SiO3 稀盐酸可溶解Al(OH)3，不易控制稀盐酸的用量 3MnO42-+4CO2+2H2O=MnO2↓+2MnO4-+4HCO3- 蒸发结晶 趁热过滤 0.018a MnO42--e-=MnO4- O2

【解析】（1）MnO2中Mn的化合价为+4价，K2MnO4中Mn的化合价为+6价，O2中O的化合价为0价，生成物中都变成了-2价，根据得失电子守恒(化合价升降总数相等)得：MnO2前面系数为2，O2前面系数为1，K2MnO4前面系数为2；结合流程中焙烧时有KOH参与，所以未知的反应物应为KOH，根据原子守恒，KOH前面系数为4，水前面系数为2，故答案为：2 4 KOH 1 2 2。根据有效碰撞理论，加压可增大氧气浓度，使单位体积内的活化分子数增加，有效碰撞次数增多，反应速率加快，使MnO2反应更充分，所以工业生产中采用对空气加压的方法提高MnO2利用率。

（2）根据流程滤液I主要是K2MnO4溶液，还含有SiO32-和AlO2-等杂质离子，通入CO2发生反应：CO2+H2O+SiO32-=H2SiO3↓+CO32-、CO2+H2O+AlO2-=Al(OH)3↓+CO32-，所以滤渣II的成分有Al(OH)3和H2SiO3；因为第一次通入CO2目之一是生成Al(OH)3，而稀盐酸可溶解Al(OH)3，不易控制稀盐酸的用量，所以第一次通CO2不能用稀盐酸代替。

(3)第二次通入过量CO2生成MnO2，则MnO42-发生自身氧化还原反应，生成MnO2和MnO4-，因为CO2过量，所以还会生成HCO3-，故离子方程式为：3MnO42-+4CO2+2H2O=MnO2↓+2MnO4-+4HCO3-。

（4）滤液Ⅲ溶质主要是KMnO4与KHCO3，由图可看出，KMnO4溶解度受温度影响变化不大，而KHCO3溶解度，受温度影响变化较大，所以从滤液Ⅲ得到KMnO4需经过蒸发结晶、趁热过滤、洗涤、干燥等操作。

（5）根据Mn元素守恒，含MnO2a%的软锰矿1吨，理论上最多可制KMnO4：1×a%×≈0.018a(吨)。

（6）①滤液II主要为K2MnO4溶液，用惰性电极电解得到KMnO4，MnO42-在阳极上失电子发生氧化反应，生成MnO4-，故阳极电极反应式为：MnO42--e-=MnO4-；②溶液中的OH-也可能失电子发生氧化反应，生成氧气，故阳极还可能有O2产生。