Question

【题目】高锰酸钾是强氧化剂，它的用途遍布各个行业。

(1) 工业上由软锰矿（主要成分为MnO2)生产高锰酸钾分为两个步骤：

①步骤一将软锰矿与过量的固体KOH和空气在高温下反应,生成锰酸钾（K2MnO4)， 该反应的化学方程式是___________________________________________________。

②步骤二以石墨为阳极，铁为阴极，电解锰酸钾（K2MnO4)溶液，在_______ (填“阴极区”或“阳极区”）得到高锰酸钾。阴极反应的化学方程式是____________________________。

(2) 某研究小组用工业生产高锰酸钾产生的废渣——锰泥(含K2MnO4、MnO2及Pb、Ca等元素）和轧钢废酸液制取工业级碳酸锰（MnCO3)，其流程如下：

①轧钢废酸中Fe2+的作用是_____________________________________________。

②操作I、操作Ⅱ、操作Ⅲ的名称是_______________，

用到的玻璃仪器有_______________________________________________________。

③溶液C中除含有Ca2+、Mn2+、H+外，还含有的阳离子是___________________。

Answer 1

【答案】 2MnO2+4KOH+O2 2K2MnO4+2H2O 阳极区 2H+ + 2e- = H2↑（2H2O+2e-=H2↑+2OH—也可） 将高价的锰元素还原成Mn2+ 过滤 烧杯、漏斗、玻璃棒 K+、Na+、NH4+

【解析】（1）①根据题意，锰元素的化合价由+4升高为+6，由此推断氧化剂为空气中的氧气，根据化合价升降总数相等、原子守恒推断，该反应式为2MnO2+4KOH+O2 2K2MnO4+2H2O；②锰元素的化合价由+6升为+7，发生氧化反应，根据电解原理推断，该反应在阳极区发生；电解质溶液中的H+、K+移向阴极，氧化性较强的H+在阴极发生还原反应，即2H++2e—=H2↑或2H2O+2e—=H2↑+2OH—；（2）③④⑤根据工艺流程图的目标产物逆推可知，锰元素的化合价由+6降为+2，需要加入合适的还原剂，轧钢废酸中Fe2+可以将锰泥中的MnO4—还原为Mn2+，Fe2+被MnO4—氧化为Fe3+，调节溶液pH至4时，Fe3+完全变为Fe(OH)3沉淀，则操作I为过滤，溶液A的主要成分为Mn2+、Fe2+、Pb2+、Ca2+、H+等，固体A的成分为Fe(OH)3；Na2S溶液能除去Fe2+、Pb2+、H+等，分别生成FeS、PbS沉淀和H2S气体等，则操作II为过滤，溶液B的主要成分为Mn2+、Ca2+、S2—、Na+等；Na2S是盐，水解导致其溶液呈碱性，NH4HCO3在碱性条件下变为NH4+、CO32—，由于Ksp(MnCO3)<Ksp(CaCO3)，CO32—与Mn2+、Ca2+混合时优先生成MnCO3沉淀，则操作III为过滤，用到的玻璃仪器有烧杯、漏斗、玻璃棒；根据流程图可知，加入的氢氧化钠中的钠离子、碳酸氢铵中的铵根离子以及锰泥中的钾离子最终都在溶液C中，所以溶液C中的阳离子还有K+、Na+、NH4+。