Question

KMnO₄是一种重要的氧化剂，广泛用于化学分析和化工生产．工业上可由软锰矿（主要成分为MnO₂）制备，方法如下：
①将软锰矿和KOH（s）的混合物于空气中加热熔融，得到K₂MnO₄；
②用水溶解，滤去残渣，酸化滤液，K₂MnO₄转化为MnO₂和KMnO₄；
③除去MnO₂，浓缩结晶得到KMnO₄晶体．
（1）下列各组物质能用酸性KMnO₄溶液鉴别的是

 

．
A．FeSO₄溶液和MgSO₄溶液
B．CH₃COOH溶液和H₂C₂O₄溶液
C．SO₂和CO₂
D．SiO₂和Al₂O₃
（2）用软锰矿制备K₂MnO₄的化学方程式是

 

．
（3）步骤③中除去MnO₂的操作名称是

 

．
（4）第②步反应的理论产率为

 

．
（5）电解法克服了上述过程理论产率偏低的问题，同时副产品KOH可用于软锰矿的焙烧．电解法制备高锰酸钾的实验装置示意图如图（图中阳离子交换膜只允许K⁺离子通过）：
①阳极的电极反应式为

 

．
②阴极区生成KOH的原因是

 

．
③若电解开始时阳极区溶液为1.0L 0.40mol/L K₂MnO₄溶液，电解一段时间后，溶液中n（K）/n（Mn）为6：5，阴极区生成KOH的质量为

 

．（计算结果保留3位有效数字）

Answer 1

考点：电解原理,制备实验方案的设计

专题：

分析：（1）根据酸性KMnO₄溶液具有强氧化性判断；
（2）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）根据MnO₂不溶于水分析除去MnO₂的操作名称；
（4）由酸化滤液，K₂MnO₄转化为MnO₂和KMnO₄，反应为3MnO₄^2-+4H⁺═MnO₂↓+2MnO₄^-+2H₂O，据此计算；
（5）①根据阳极失电子发生氧化反应书写电极反应式；
②根据阴极区反应及其离子移动分析；
③根据阳极区反应，结合题给数据计算阳极区的K⁺定向移动到阴极区的物质的量，从而计算阴极区生成KOH的质量．

解答： 解：（1）A．酸性KMnO₄溶液具有强氧化性可以氧化FeSO₄溶液而使酸性KMnO₄溶液退色，不氧化MgSO₄溶液，故A正确；
B．酸性KMnO₄溶液具有强氧化性可以氧化H₂C₂O₄溶液而使酸性KMnO₄溶液退色，不氧化CH₃COOH溶液，故B正确；
C．酸性KMnO₄溶液具有强氧化性可以氧化SO₂而使酸性KMnO₄溶液退色，不氧化CO₂，故C正确；
D．酸性KMnO₄溶液与SiO₂和Al₂O₃都不反应，故不能鉴别，故D错误；
故答案为：ABC；
（2）由信息可知，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，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

熔融  .

2K₂MnO₄+2H₂O，
故答案为：2MnO₂+4KOH+O₂

熔融  .

2K₂MnO₄+2H₂O；
（3）因为MnO₂不溶于水，则除去MnO₂的操作名称为过滤，故答案为：过滤；
（4）由酸化滤液，K₂MnO₄转化为MnO₂和KMnO₄，反应为3MnO₄^2-+4H⁺═MnO₂↓+2MnO₄^-+2H₂O，据此则3MnO₄^2-生成2MnO₄^-，所以理论产率为

2

3

×100%=66.7%，故答案为：66.7%；
（5）①阳极失电子发生氧化反应，所以电极反应式为MnO₄^2--e^-=MnO₄^-；故答案为：MnO₄^2--e^-=MnO₄^-；
②阴极区氢离子得电子发生还原反应，电极反应式为2H₂O+2e^-═2OH^-+H₂↑，所以生成氢氧根，又阳极区的K⁺定向移动到阴极区，所以阴极区生成KOH，故答案为：阴极区发生电极反应2H₂O+2e^-═2OH^-+H₂↑，产生OH^-，在电流作用下，阳极区的K⁺定向移动到阴极区；
③根据阳极区反应MnO₄^2--e^-=MnO₄^-，锰原子的物质的量不变，所以仍为1.0L×0.40mol/L=0.4mol，电解一段时间后，溶液中n（K）/n（Mn）为6：5，所以反应后n（K）=0.48mol，则阳极区的K⁺定向移动到阴极区的物质的量为0.4mol×2-0.48mol=0.32mol，所以阴极生成KOH的物质的质量为0.32mol×56g/mol=17.9 g，
故答案为：17.9 g．

点评：本题考查化学反应方程式的书写及有关电解原理的应用和计算，明确反应物与生成物及物质之间的关系是解答的关键，难度不大．