Question

5．高锰酸钾（KMnO₄）是一种常用氧化剂，主要用于化工、防腐及制药工业等．以软锰矿（主要成分为MnO₂）为原料生产高锰酸钾的工艺路线如下：

请回答下列问题：
（1）原料软锰矿与氢氧化钾按1：1的比例在“烘炒锅”中混配，混配前应将软锰矿粉碎，其作用是增大接触面积，加快反应速率．
（2）“平炉”中发生的化学方程式为2MnO₂+4KOH+O₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2K₂MnO₄+2H₂O，该条件下此反应的△S＞0（选填“＜”、“=”或“＞”）．
（3）将K₂MnO₄转化为KMnO₄的生产有两种工艺：
①“CO₂歧化法”是传统工艺，即在K₂MnO₄溶液中通入CO₂气体，使体系呈中性或弱碱性，K₂MnO₄发生歧化反应生成的含锰物质有KMnO₄和MnO₂，该反应的化学方程式为：3K₂MnO₄+4CO₂+2H₂O=2KMnO₄+MnO₂+4KHCO₃．
②“电解法”为现代工艺，即电解K₂MnO₄水溶液，若用惰性电极，阳离子交换膜电解槽电解时产品纯度高，阴极室中加入电解质溶液溶质的化学式为KOH；电解时阳极发生的电极反应为MnO₄^2--e^-=MnO₄^-．
③从阳极室的溶液得到产品的实验操作是蒸发浓缩，冷却结晶，过滤；与传统工艺比较，现代工艺的优点除产品纯度高外还有原料利用率大．

Answer 1

分析 软锰矿氢氧化钾按的比例在“烘炒锅”中混配，混配前应将软锰矿粉碎，提高反应速率，加热通入预热的空气，在“平炉”中发生反应2MnO₂+4KOH+O₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2K₂MnO₄+2H₂O，生成物质水浸沉降析出晶体得到锰酸钾，CO₂歧化法”是传统工艺，即在K₂MnO₄溶液中通入CO₂气体，使体系呈中性或弱酸性，K₂MnO₄发生歧化反应，反应中生成KMnO₄，MnO₂和KHCO₃，“电解法”为现代工艺，即电解K₂MnO₄水溶液，在电解槽中阳极，MnO₄^2-失去电子，发生氧化反应，产生MnO₄^-，以此解答该题．

解答 解：（1）原料软锰矿与氢氧化钾按1：1的比例在“烘炒锅”中混配，混配前应将软锰矿粉碎，其作用是增大接触面积加快反应速率，提高原料利用率，
故答案为：增大接触面积，加快反应速率；
（2）流程分析可知平炉中发生的反应是氢氧化钾、二氧化锰和氧气加热反应生成锰酸钾和水，反应的化学方程式为：2MnO₂+4KOH+O₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2K₂MnO₄+2H₂O，由反应方程式可知参加反应的气体为氧气，生成的气体为水，则△S＞0，
故答案为：2MnO₂+4KOH+O₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2K₂MnO₄+2H₂O；＞；
 （3）①K₂MnO₄溶液中通入CO₂气体，使体系呈中性或弱酸性，K₂MnO₄发生歧化反应，根据元素守恒以及二氧化碳过量推测反应生成KMnO₄，MnO₂和KHCO₃，方程式为3K₂MnO₄+4CO₂+2H₂O=2KMnO₄+MnO₂+4KHCO₃，故答案为：3K₂MnO₄+4CO₂+2H₂O=2KMnO₄+MnO₂+4KHCO₃；
②阴极，水电离产生的H⁺获得电子变为氢气逸出，电极反应式是：2H₂O+2e^-=H₂↑+2OH^-，阴极生成KOH，在电解槽中阳极，MnO₄^2-失去电子，发生氧化反应，产生MnO₄^-．电极反应式是：MnO₄^2--e^-=MnO₄^-，
故答案为：KOH；MnO₄^2--e^-=MnO₄^-；
③阳极从溶液中得到高锰酸钾，操作方法为蒸发浓缩，冷却结晶，过滤，与传统工艺比较，现代工艺的优点除产品纯度高外还有原料利用率大，
 故答案为：蒸发浓缩，冷却结晶，过滤；原料利用率大．

点评 本题考查了物质制备工艺流程的知识，为高频考点，侧重考查学生的分析能力和实验能力，制备方案的过程分析和物质性质的理解应用，特别是电解原理的熟练掌握，题目难度中等．