Question

7．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（主要成份MnO₂）制备高锰酸钾的流程图．
（1）软锰矿粉碎的目的增大反应物接触面积，加快反应速率，使反应物反应完全．软锰矿、KOH混合物在空气加热熔融反应生成K₂MnO₄的化学方程式为：
2MnO₂+O₂+4KOH═2K₂MnO₄+2H₂O．
（2）以上生产流程中可循环利用的物质是Ca（OH）₂、CO₂、KOH、MnO₂．工业上用上述原理生产KMnO₄方法产率较低，较好的制备方法是电解法．用Pt作阳极，Fe作阴极，电解K₂MnO₄溶液，阳极的电极反应式为MnO₄^2--e ^-=MnO₄^-．
（3）KMnO₄是一种较稳定的化合物，但日光对KMnO₄溶液的分解有催化作用，生成MnO₂、KOH和O₂．而 MnO₂也是该分解反应的一种催化剂，请你设计一个实验方案，验证MnO₂对该分解反应具有催化性．简述实验操作、现象及相关结论：取两份等体积、等浓度的KMnO₄溶液，在同样条件下，只在其中一份中加入少量MnO₂，观察溶液紫红色褪去的快慢．

Answer 1

分析 （1）将软锰矿尽可能粉碎会增大反应物的接触面积，反应速度加快；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；
（2）根据流程分析可知：在开始的反应物和最终的生成物中都含有MnO₂和KOH，所以二氧化锰和氢氧化钾能循环使用；用Pt作阳极，Fe作阴极，电解K₂MnO₄溶液，阳极上发生失电子的氧化反应，据此回答；
（3）根据MnO₂对分解反应具有催化性的特点，可以设计对照试验来验证．

解答 解：（1）将大量矿石尽可能粉碎会增大反应物的接触面积，反应速度加快；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：增大反应物接触面积，加快反应速率，使反应物反应完全；2MnO₂+4KOH+O₂ $\frac{\underline{\;熔融\;}}{\;}$2K₂MnO₄+2H₂O；
（2）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，用Pt作阳极，Fe作阴极，电解K₂MnO₄溶液，阳极上发生失电子的氧化反应MnO₄^2--e ^-=MnO₄^-；
故答案为：KOH；MnO₂；MnO₄^2--e ^-=MnO₄^-；
（3）日光对KMnO₄溶液的分解有催化作用，生成MnO₂、KOH和O₂，MnO₂也是该分解反应的一种催化剂，为验证二氧化锰的催化剂作用，可以取两份等体积、等浓度的KMnO₄溶液，在同样条件下，只在其中一份中加入少量MnO₂，另一份不加二氧化锰，通过观察溶液紫红色褪去的快慢，来确定实验结论，
故答案为：取两份等体积、等浓度的KMnO₄溶液，在同样条件下，只在其中一份中加入少量MnO₂，观察溶液紫红色褪去的快慢．

点评 本题考查物质的制备，为高频考点，侧重于学生的分析能力的考查，题目注重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．