题目内容

5．工业上用软锰矿（主要成分是二氧化锰）制取高锰酸钾和软磁铁氧体材料MnxO4，其流程如下（部分条件和产物省略）：

请回答下列问题：
（1）K2MnO4中锰元素的化合价是+6．
（2）写出粉碎矿石和氢氧化钾熔融物中通入空气时，发生主要反应的化学方程式2MnO2+4KOH+O2$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2K2MnO4+2H2O．
（3）分析下表数据．工业上采用Ⅲ得到较纯净的高锰酸钾，Ⅲ中包含的操作名称是蒸发结晶、过滤、洗涤、干燥．
温度/℃
溶解度/g		1020304060
KC2O3107109111114126
KMnO42.834.316.349.0312.6
（4）上述工业流程中试剂X的最佳物质是（填化学式）Ca（OH）2（或CaO）；设计步骤Ⅳ的目的是循环利用二氧化锰、氢氧化钾，提高原料利用率．
（5）通过煅烧MnSO4•H2O可制得软磁铁氧体材料MnxO4．下图是煅烧MnSO4•H2O时温度与剩余固体质量变化的曲线．该曲线中A段所表示物质的化学式是MnSO4；MnxO4中x=3．

分析 软锰矿的主要成分为MnO2，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，向K2MnO4溶液中通入CO2制备KMnO4、还生成K2CO3、MnO2，通过过滤，分离出二氧化锰，滤液中含KMnO4和K2CO3，根据KMnO4和K2CO3在溶解性上不同采用蒸发结晶的方式可分离出高锰酸钾和碳酸钾，对粗高锰酸钾进行重结晶、干燥得到纯净的高锰酸钾；向碳酸钾溶液中加入石灰生成碳酸钙和氢氧化钾．
（1）根据物质锰酸钾的化学式K2MnO4，利用化合物中各元素的化合价代数和为0的原则，由化合物中K、O元素为+1、-2价，计算化合物中Mn元素的化合价；
（2）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，根据钾元素守恒确定KOH系数，根据氢元素守恒确定H2O系数；
（3）分离易溶于水的两种溶质根据其溶解度差异性，高锰酸钾溶解度受温度影响较小采用蒸发结晶方法；
（4）试剂X是将碳酸钾反应生成氢氧化钾，宜选择石灰乳（或生石灰），制备中利用的原料，在转化过程中又生成的可以循环利用；
（5）MnSO4•H2O在高温下易分解，产物是MnxO4、含硫化合物、水，依据固体质量-分解温度的关系图象，分析质量变化与对应的化学反应，求解A段所表示物质的化学式和x的值．

解答 解：（1）设化合物K2MnO4中Mn元素化合价为n价，依化合物中各元素化合价代数和为零的原则，有（+1）×2+n+（-2）×4=0，解之得n=+6，
故答案为：+6；
（2）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{\;高温\;}}{\;}$2K2MnO4+2H2O，
故答案为：2MnO2+4KOH+O2$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2K2MnO4+2H2O；
（3）分离易溶于水的两种溶质根据其溶解度差异性采用蒸发结晶方法，KMnO4和K2CO3都易溶于水但二者溶解度不同且相差较大，高锰酸钾溶解度受温度影响较小，所以操作Ⅲ根据KMnO4和K2CO3两物质在溶解度上的差异，采用蒸发浓缩结晶、趁热过滤得到KMnO4粗晶体，洗涤干燥得到较纯净的高锰酸钾，
故答案为：蒸发结晶、过滤、洗涤、干燥；
（4）试剂X是将碳酸钾反应生成氢氧化钾，所以从经济性考虑试剂X宜选择石灰乳（或生石灰），上述流程中，步骤IV和V都是物质循环利用，其目的是循环利用二氧化锰、氢氧化钾，提高原料利用率，
故答案为：Ca（OH）2（或CaO）；循环利用二氧化锰、氢氧化钾，提高原料利用率；
（5）探究物质的变化规律时，运用了物质的质量守恒和元素的质量守恒法．MnSO4•H2O在高温下易分解，101.4克的MnSO4•H2O物质的量为：$\frac{101.4g}{169g/mol}$=0.6mol，根据锰元素守恒，MnSO4•H2O分解时，先转变为MnSO4和H2O，质量为：0.6mol×151g/mol=90.60g，所以图2曲线中A段质量减少：101.4-90.60=10.8克为水，所以该曲线中A段所表示物质的化学式为MnSO4，根据表中的数据可知：B固体质量为45.80克，为MnxO4，根据锰元素守恒，MnxO4的物质的量为$\frac{0.6}{x}$mol，则$\frac{0.6}{x}$mol×（55x+16×4）g/mol=45.80g，x=3，
此时发生的反应为：3MnSO4•H2O$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$Mn3O4+SO2↑+2SO3↑+3H2O，
故答案为：MnSO4；3．

点评 本题考查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，解答本题时要充分理解图中提供的信息，只有理解了图中信息才能对问题做出正确的判断，题目难度中等．

练习册系列答案
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15．下列溶液中Cl-的物质的量浓度最大的是（　　）
A．30mL 0.2mol/L KCl溶液B．20mL 0.1mol/L CaCl2溶液
C．100mL 0.25mol/L NaCl溶液D．10mL 0.1mol/L AlCl3溶液
16．将0.2mol•L-1的H2S溶液与0.2mol•L-1的NaOH溶液等体积混合后，所的溶液中各离子浓度大小关系正确的是（　　）
A．c（Na+）＞c（OH-）＞c（HS-）＞c（S2-）＞c（H+）B．c（Na+）＞c（HS-）＞c（H+）＞c（S2-）＞c（OH-）
C．c（Na+）＞c（HS-）＞c（OH-）＞c（H+）＞c（S2-）D．c（Na+）＞c（HS-）＞c（OH-）＞c（S2-）＞c（H+）
13．聚合硫酸铝铁[AlaFeb（OH）m（SO4）n•xH2O]是一种新型高效净水剂，广泛应用于工业污染水的处理．
（1）聚合硫酸铝铁能够净水的原因是聚合硫酸铝铁溶于水电离的Al3+、Fe3+可以水解形成胶体，具有吸附性．
（2）AlaFeb（OH）m（SO4）n•xH2O中a、b、m、n的代数关系式为3a+3b=m+2n．
（3）为了测定聚合硫酸铝铁的组成，进行如下实验：
步骤一：准确称取8.810g样品溶于150mL 0.100mol•L-1稀硫酸，恰好完全反应后，加入BaCl2溶液至沉淀完全，过滤、洗涤、干燥至恒重，得到白色固体10.485g；
步骤二：另取相同质量的样品，溶于过量的氢碘酸，以磁力搅拌机搅拌，充分反应后，以0.500mol•L-1Na2S2O3溶液滴定至浅黄色，滴入几滴淀粉溶液，再滴定至终点，消耗Na2S2O3溶液20.00mL．（已知：I2+2Na2S2O3=2NaI+Na2S4O6）
①步骤二中使用磁力搅拌器进行搅拌的目的是混匀反应物，确保反应完全．
②通过计算确定聚合硫酸铝铁的化学式（写出计算过程）．
20．下列反应的离子方程式书写正确的是（　　）
A．氯化铝溶液中加入过量氨水：A13++4NH3•H2O═4NH4++2H2O+A1O2-
B．氯化亚铁溶于稀硝酸：3Fe2++4H++NO3-═3Fe3++NO↑+3H2O
C．NaHCO3溶液和过量的Ba（OH）2溶液混合：2HCO3-+OH-+Ba2+═BaCO3↓+2H2O+CO32-
D．用氨水吸收少量二氧化硫：2NH3•H2O+SO2═2NH4++SO32-+H2O
10．如图中A、B、C、D、E、F、G均为有机化合物．
根据如图回答问题：
（1）B的分子式是C9H10O3；
（2）B分子中所含官能团的名称是羧基和羟基；
（3）反应③的化学方程式是CH3COOH+CH3CH2OH$→_{△}^{浓硫酸}$CH3COOC2H5+H2O；
反应④的化学方程式是CH3CH2OH$→_{170℃}^{浓硫酸}$CH2=CH2↑+H2O；A的结构简式是；反应①的反应类型是水解反应；
（4）符合下列3个条件的B的同分异构体的数目有3 个；
①含有邻二取代苯环结构； ②与B有相同官能团； ③不与FeCl3溶液发生显色反应．
（写出其中任意一个同分异构体的结构简式  ）中任意一种．
17．某制糖厂以甘蔗为原料制糖，同时得到大量的甘蔗渣，对甘蔗渣进行综合利用不仅可以提高经济效益，而且还能防止环境污染，生产流程如图：已知石油裂解已成为生产H的主要方法，E的溶液能发生银镜反应，G是具有香味的液体，试填空．

（1）A的名称纤维素；G的名称乙酸乙酯；
（2）B的结构简式CH2OH-CHOH-CHOH-CHOH-CHOH-CHO；H的结构简式CH2=CH2；
（3）写出H发生加聚反应的方程式：；
（4）D→E的化学方程式：2CH3CH2OH+O2$→_{△}^{催化剂}$2CH3CHO+2H2O；
（5）E→F的化学方程式：2CH3CHO+O2$→_{△}^{催化剂}$2CH3COOH；
（6）F→G的化学方程式CH3CH2OH+CH3COOH$→_{△}^{浓硫酸}$CH3COOCH2CH3+H2O；
（7）写出符合条件①能与钠反应放出氢气；②能发生银镜反应的G的所有同分异构体的结构简式：CH3CHOHCH2CHO、CH3CH2CHOHCHO、HOCH2CH2CH2CHO、HOCH2CH（CH3）CHO、（CH3）2COHCHO．
14．如图所示为血红蛋白和肌红蛋白的活性部分---血红素的结构：

回答下列问题：
（1）根据元素电负性请判断H2N-CHO中碳和氮的化合价分别为+2和-3．
（2）血红素中两种氮原子的杂化方式分别为sp2，sp3；在图乙的方框内用“→”标出亚铁离子的配位键．
15．10℃时加热NaHCO3饱和溶液，测得该溶液的pH发生如表变化：
温度（℃）102030加热煮沸后冷却到50℃
pH8.38.48.58.8
甲同学认为：该溶液pH升高的原因是HCO${\;}_{3}^{-}$的水解程度增大，碱性增强．
乙同学认为：该溶液pH升高的原因是NaHCO3受热分解，生成了Na2CO3，并推断Na2CO3的水解程度大于NaHCO3的水解程度（填“大于”或“小于”）．
丙同学认为甲、乙的判断都不充分．丙认为：
（1）只要在加热煮沸的溶液中加入足量的试剂X，若产生沉淀，则乙（填“甲”或“乙”）的判断正确．试剂X是B．
A．Ba（OH）2溶液        B．BaCl2溶液      C．NaOH溶液      D．澄清石灰水
（2）将加热煮沸后的溶液冷却到10℃，若溶液的pH等于8.3（填“高于”、“低于”或“等于”），则甲（填“甲”或“乙”）判断正确．
（3）查阅资料，发现NaHCO3的分解温度为150℃，丙断言乙（填“甲”或“乙”）判断是错误的，理由是常压下加热NaHCO3的水溶液溶液的温度达不到150℃．
（4）关于NaHCO3饱和水溶液的表述正确的是a．
a．c（Na+）=c（HCO${\;}_{3}^{-}$）+c（CO${\;}_{3}^{2-}$）+c（H2CO3）
b．c（Na+）+c（H+）=c（HCO${\;}_{3}^{-}$）+c（CO${\;}_{3}^{2-}$）+c（OH-）
c．HCO${\;}_{3}^{-}$的电离程度大于HCO${\;}_{3}^{-}$的水解程度．

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