Question

15．高锰酸钾是锰的重要化合物和常用的氧化剂．以下是工业上用软锰矿制备高锰酸钾的一种工艺流程：

（1）KMnO₄稀溶液是一种常用的消毒剂．其消毒原理与下列BD（填序号）物质相似．
A.75%酒精      B．双氧水    C．苯酚       D.84消毒液（NaClO溶液）
（2）铋酸钠（不溶于水）用于定性检验酸性溶液中Mn²⁺的存在（铋的还原产物为Bi³⁺，Mn的氧化产物为+7价），写出反应的离子方程式：2Mn²⁺+5NaBiO₃+14H⁺═2MnO₄^-+5Bi³⁺+5Na⁺+7H₂O．
（3）写出MnO₂、KOH的熔融混合物中通入空气时发生的主要反应的化学方程式：2MnO₂+4KOH+O₂ $\frac{\underline{\;熔融\;}}{\;}$2K₂MnO₄+2H₂O．
（4）向K₂MnO₄溶液中通入CO₂以制备KMnO₄，该反应中的还原剂是K₂MnO₄．
（5）写出母液与石灰乳反应制取KOH的离子方程式：CO₃^2-+Ca（OH）₂=CaCO₃+2OH^-．
（6）上述流程中可以循环使用的物质有石灰、二氧化碳、KOH和MnO₂（写化学式）．
（7）若不考虑物质循环与制备过程中的损失，则1mol MnO₂可制得$\frac{2}{3}$ mol KMnO₄．

Answer 1

分析 二氧化锰与氢氧化钾在空气中熔融，加水溶解得到K₂MnO₄溶液，通入二氧化碳得到KMnO₄、MnO₂、K₂CO₃，过滤除去滤渣（MnO₂），滤液为KMnO₄、K₂CO₃溶液，浓缩结晶，趁热过滤得到KMnO₄晶体，母液中含有K₂CO₃，在母液中加石灰乳（氢氧化钙）得到碳酸钙沉淀和KOH．
（1）KMnO₄具有强氧化性，以此进行判断；
（2）铋酸钠（不溶于水）在酸性溶液中与Mn²⁺反应生成MnO₄^-和Bi³⁺；
（3）由工艺流程转化关系可知，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；
（4）由工艺流程转化关系可知，向K₂MnO₄溶液中通入CO₂制备KMnO₄、还生成K₂CO₃、MnO₂，所含元素化合价升高的反应物是还原剂；
（5）母液中含有K₂CO₃，在母液中加石灰乳（氢氧化钙）得到碳酸钙沉淀和KOH；
（6）制备中利用的原料，在转化过程中又生成的可以循环利用；
（7）最初的原料中1mol MnO₂恰好得到1mol K₂MnO₄，根据3K₂MnO₄+2CO₂=2KMnO₄+2K₂CO₃+MnO₂计算．

解答 解：二氧化锰与氢氧化钾在空气中熔融，加水溶解得到K₂MnO₄溶液，通入二氧化碳得到KMnO₄、MnO₂、K₂CO₃，过滤除去滤渣（MnO₂），滤液为KMnO₄、K₂CO₃溶液，浓缩结晶，趁热过滤得到KMnO₄晶体，母液中含有K₂CO₃，在母液中加氢氧化钙得到碳酸钙沉淀和KOH，
（1）KMnO₄有强氧化性，利用其强氧化性杀菌消毒，消毒原理与84消毒液、双氧水一样，
故答案为：BD；
（2）铋酸钠（不溶于水）在酸性溶液中与Mn²⁺反应生成MnO₄^-和Bi³⁺，则反应的离子方程式为：2Mn²⁺+5NaBiO₃+14H⁺═2MnO₄^-+5Bi³⁺+5Na⁺+7H₂O；
故答案为：2Mn²⁺+5NaBiO₃+14H⁺═2MnO₄^-+5Bi³⁺+5Na⁺+7H₂O；
（3）由工艺流程转化关系可知，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：2MnO₂+4KOH+O₂ $\frac{\underline{\;熔融\;}}{\;}$2K₂MnO₄+2H₂O；
（4）由工艺流程转化关系可知，向K₂MnO₄溶液中通入CO₂制备KMnO₄、还生成K₂CO₃、MnO₂，反应只有Mn元素的化合价发生变化，由+6价降低为+4价，由+6价升高为+7价，所以K₂MnO₄既是氧化剂又是还原剂，
故答案为：K₂MnO₄；
（5）母液中含有K₂CO₃，在母液中加石灰乳（氢氧化钙）得到碳酸钙沉淀和KOH，离子方程式为：CO₃^2-+Ca（OH）₂=CaCO₃+2OH^-，
故答案为：CO₃^2-+Ca（OH）₂=CaCO₃+2OH^-；
（6）制备中利用的原料，在转化过程中又生成的可以循环利用．由转化关系图知，除石灰、二氧化碳外，K₂MnO₄溶液中通入CO₂以制备KMnO₄生成的MnO₂及最后由母液加入石灰生成的KOH，会在MnO₂、KOH的熔融制备K₂MnO₄中被循环利用，
故答案为：KOH；MnO₂；
（7）由2MnO₂+4KOH+O₂ $\frac{\underline{\;熔融\;}}{\;}$2K₂MnO₄+2H₂O 可知最初的原料中1mol MnO₂恰好得到1mol K₂MnO₄，由3K₂MnO₄+2CO₂=2KMnO₄+2K₂CO₃+MnO₂知，1mol K₂MnO₄在反应中能得到$\frac{2}{3}$molKMnO₄，
故答案为：$\frac{2}{3}$．

点评 本题考查了物质的制备实验方案设计，涉及常见氧化剂与还原剂、氧化还原反应、化学计算和对工艺流程的理解、阅读题目获取信息的能力等，难度中等，需要学生具有扎实的基础知识与灵活运用知识解决问题的能力．