题目内容
【题目】KMnO4在实验室和工业上均有重要应用，其工业制备的部分工艺如下：
Ⅰ．将软锰矿（主要成分MnO2）粉碎后，与KOH固体混合，通入空气充分焙烧，生成暗绿色熔融态物质。
Ⅱ．冷却，将固体研细，用稀KOH溶液浸取，过滤，得暗绿色溶液。
Ⅲ．向暗绿色溶液中通入CO2，溶液变为紫红色，同时生成黑色固体。
Ⅳ．过滤，将紫红色溶液蒸发浓缩，冷却结晶，过滤，洗涤，干燥，得KMnO4固体。
资料：K2MnO4为暗绿色固体，在强碱性溶液中稳定，在近中性或酸性溶液中易发生歧化反应（Mn的化合价既升高又降低）。
（1）Ⅰ中，粉碎软锰矿的目的是___________________。
（2）Ⅰ中，生成K2MnO4的化学方程式是______________________________。
（3）Ⅱ中，浸取时用稀KOH溶液的原因是_________________。
（4）Ⅲ中，CO2和K2MnO4在溶液中反应的化学方程式是_____________________。
（5）将K2MnO4溶液采用惰性电极隔膜法电解，也可制得KMnO4，装置如图：
①b极是______极（填“阳”或“阴”），D是_______________。
②结合电极反应式简述生成KMnO4的原理：_______________________________。
③传统无膜法电解时，锰元素利用率偏低，与之相比，用阳离子交换膜可以提高锰元素的利用率，其原因是______。
（6）用滴定法测定某高锰酸钾产品的纯度，步骤如下：
已知：Na2C2O4+H2SO4=H2C2O4+Na2SO4，5H2C2O4+2MnO4-+6H+=2Mn2++10CO2↑+8H2O，摩尔质量：Na2C2O4134gmol-1、KMnO4158gmol-1。
ⅰ．称取ag产品，配成50mL溶液。
ⅱ．称取bgNa2C2O4，置于锥形瓶中，加蒸馏水使其溶解，再加入过量的硫酸。
ⅲ．将锥形瓶中溶液加热到75℃～80℃，恒温，用ⅰ中所配溶液滴定至终点，消耗溶液VmL（杂质不参与反应）。
滴定终点的现象为_______________，产品中KMnO4的质量分数的表达式为_____________。
【答案】增大反应物接触面积，加快反应速率 2MnO2+4KOH+O2
2K2MnO4+2H2O 保持溶液呈强碱性，防止K2MnO4发生歧化反应 3K2MnO4+2CO2=2KMnO4+MnO2↓+2K2CO3 阴 较浓的KOH溶液 a极MnO42--e-=MnO4-，部分K+通过阳离子交换膜进入阴极区，阳极区生成KMnO4 用阳离子交换膜可防止MnO4-、MnO42-在阴极被还原 当滴入最后一滴KMnO4溶液，锥形瓶中的液体由无色变为浅紫色，且半分钟内不恢复 
【解析】
流程Ⅰ．将软锰矿（主要成分MnO2）粉碎后，目的是增大反应物接触面积，加快反应速率，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；
Ⅱ．K2MnO4为暗绿色固体，在强碱性溶液中稳定，在近中性或酸性溶液中易发生歧化反应（Mn的化合价既升高又降低），所以将固体研细，用稀KOH溶液浸取，过滤；
Ⅲ．向暗绿色溶液中通入CO2，溶液发生歧化反应，生成KMnO4和MnO2；
Ⅳ．过滤，将紫红色溶液蒸发浓缩，冷却结晶，过滤，洗涤，干燥，得KMnO4固体。
（5）电解池电解K2MnO4溶液得到KMnO4可知：阴极上水得电子发生还原反应生成氢气和氢氧根离子，阳极上锰酸根离子失电子反应氧化反应生成高锰酸根离子；
（6）滴定终点，溶液颜色发生变化，且半分钟内颜色不变；根据反应Na2C2O4+H2SO4=H2C2O4+Na2SO4，5H2C2O4+2MnO4-+6H+=2Mn2++10CO2↑+8H2O，找出关系式，然后结合题中数据计算。
（1）Ⅰ中，粉碎软锰矿的目的是目的是增大反应物接触面积，加快反应速率；
答案： 增大反应物接触面积，加快反应速率
（2）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，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
2K2MnO4+2H2O
答案：2MnO2+4KOH+O22K2MnO4+2H2O
（3）由题干信息可知：K2MnO4在强碱性溶液中稳定，在近中性或酸性溶液中易发生歧化反应（Mn的化合价既升高又降低）。
答案：保持溶液呈强碱性，防止K2MnO4发生歧化反应
（4）向K2MnO4溶液中通入CO2，溶液变为紫红色KMnO4，同时生成黑色固体MnO2，根据化合价升降相等和质量守恒定律写出方程式3K2MnO4+2CO2=2KMnO4+MnO2↓+2K2CO3 ；
答案：3K2MnO4+2CO2=2KMnO4+MnO2↓+2K2CO3
（5）①b极生成氢气，是阴极，电极反应式：2H2O+2e-=H2↑+2OH-，钾离子通过阳离子交换膜到阴极区，所以D是较浓的KOH溶液；
答案：阴 较浓的KOH溶液
②a极：2MnO42--2e-=2MnO4-，，部分K+通过阳离子交换膜进入阴极区，阳极区生成KMnO4；
答案：a极MnO42--e-=MnO4-，部分K+通过阳离子交换膜进入阴极区，阳极区生成KMnO4
③传统无膜法电解时，锰元素利用率偏低，与之相比，用阳离子交换膜可以提高锰元素的利用率，其原因是用阳离子交换膜可防止MnO4-、MnO42-到阴极区，在阴极被还原；
答案：阳离子交换膜可防止MnO4-、MnO42-在阴极被还原
（6）当滴入最后一滴KMnO4溶液，锥形瓶中的液体由无色变为浅紫色，且半分钟内不恢复；
设配制的50ml配制的样品溶液中含有高锰酸钾浓度为cmol/L，
则：5Na2C2O4～2KMnO4，
5mol 2mol
b/134 cV×10-3
计算得c=
mol/L
KMnO4的质量分数的表达式为：c×50×10-3×158/a =img src="http://thumb.zyjl.cn/questionBank/Upload/2019/06/26/08/9f783dd0/SYS201906260804278141572487_DA/SYS201906260804278141572487_DA.004.png" width="98" height="36" style="-aw-left-pos:0pt; -aw-rel-hpos:column; -aw-rel-vpos:paragraph; -aw-top-pos:0pt; -aw-wrap-type:inline" />×50×10-3×158/a= ；
答案：当滴入最后一滴KMnO4溶液，锥形瓶中的液体由无色变为浅紫色，且半分钟内不恢复
