Question

6．高锰酸钾是强氧化剂，它的用途遍布各个行业．
（1）工业上由软锰矿（主要成分为MnO₂）生产高锰酸钾分为两个步骤：
①步骤一将软锰矿与过量的固体KOH和空气在高温下反应，生成锰酸钾（K₂MnO₄），该反应的化学方程式是2MnO₂+4KOH+O₂$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2K₂MnO₄+2H₂O．
②步骤二以石墨为阳极，铁为阴极，电解锰酸钾（K₂MnO₄）溶液，在阳极区（填“阴极区”或“阳极区”）得到高锰酸钾．阴极反应的电极反应式是2H⁺+2e^-=H₂↑．
（2）某研究小组用工业生产高锰酸钾产生的废渣--锰泥（含K₂MnO₄、MnO₂及Pb、Ca等元素）和轧钢废酸液制取工业级碳酸锰（MnCO₃），其流程如下：

①轧钢废酸中Fe²⁺的作用是将高价的锰元素还原成Mn²⁺．
②操作Ⅰ、操作Ⅱ、操作Ⅲ的名称是过滤．
③溶液C中除含有Ca²⁺、Mn²⁺、H⁺外，还含有的阳离子是K⁺、Na⁺、NH₄⁺．
④若固体C中不含CaCO₃，则溶液C中$\frac{c（C{a}^{2+}）}{c（M{n}^{2+}）}$＜500．
[已知：Ksp（MnCO₃）=1×10^-11，Ksp（CaCO₃）=5×10^-9]．

Answer 1

分析 （1）①将软锰矿与过量的固体KOH和空气在高温下反应，生成锰酸钾（K₂Mn0₄），结合原子守恒配平书写化学方程式；
②电解锰酸钾（K₂Mn0₄）溶液，得到高锰酸钾，结合锰元素化合价变化+6价变化为+7价，失电子发生氧化还原反应，阴极上是溶液中氢离子得到电子生成氢气；
（2）猛泥（含K₂Mn0₄、Mn0₂及Pb、Ca等元素）和轧钢废酸液制取工业级碳酸锰（MnCO₃），锰泥和轧钢废液浸泡，其中轧钢废酸中Fe²⁺的作用是还原K₂Mn0₄、Mn0₂为锰离子，加入适量氢氧化钠调节溶液PH=4，过滤得到溶液A和固体A，溶液A中加入硫化钠溶液反应得到固体B为PbS沉淀，滤液B加入碳酸氢铵溶液过滤得到固体C碳酸锰；
①亚铁离子具有还原性还原锰元素为锰离子；
②分析流程操作ⅠⅡⅢ都是分离固体和液体的操作，用 过滤操作分离；
③溶液C中除含有Ca²⁺、Mn²⁺、H⁺外，还含有的阳离子是K⁺、Na⁺、NH₄⁺；
④依据碳酸钙和碳酸锰共存，结合溶度积常数计算分析．

解答 解：（1）①将软锰矿与过量的固体KOH和空气在高温下反应，生成锰酸钾（K₂Mn0₄），结合原子守恒配平书写化学方程式为：2MnO₂+4KOH+O₂$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2K₂MnO₄+2H₂O，
故答案为：2MnO₂+4KOH+O₂$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2K₂MnO₄+2H₂O；
②电解锰酸钾（K₂Mn0₄）溶液，得到高锰酸钾，结合锰元素化合价变化+6价变化为+7价，失电子发生氧化还原反应，所以在阳极区发生反应；阴极上是溶液中氢离子得到电子生成氢气，电极反应为：2H⁺+2e^-=H₂↑，
故答案为：阳极区；2H⁺+2e^-=H₂↑；
（2）猛泥（含K₂Mn0₄、Mn0₂及Pb、Ca等元素）和轧钢废酸液制取工业级碳酸锰（MnCO₃），锰泥和轧钢废液浸泡，其中轧钢废酸中Fe²⁺的作用是还原K₂Mn0₄、Mn0₂为锰离子，加入适量氢氧化钠调节溶液PH=4，过滤得到溶液A和固体A，溶液A中加入硫化钠溶液反应得到固体B为PbS沉淀，滤液B加入碳酸氢铵溶液过滤得到固体C碳酸锰；
①轧钢废酸中Fe²⁺的作用是，亚铁离子具有还原性，还原锰元素为锰离子；
故答案为：将高价的锰元素还原成Mn²⁺；
②分析流程操作ⅠⅡⅢ都是分离固体和液体的操作，用过滤操作分离；
故答案为：过滤；
③依据流程和加入的试剂分析判断，溶液C中除含有Ca²⁺、Mn²⁺、H⁺外，还含有的阳离子是K⁺、Na⁺、NH₄⁺；
故答案为：K⁺、Na⁺、NH₄⁺；
④依据碳酸钙和碳酸锰共存，结合溶度积常数计计算，则溶液C中$\frac{c（Ca{\;}^{2+}）}{c（Mn{\;}^{2+}）}$=$\frac{Ksp（CaCO{\;}_{3}）}{Ksp（MgCO{\;}_{3}）}$=$\frac{5×10{\;}^{-9}}{1×10{\;}^{-11}}$=500，若固体C中不含CaCO₃，则溶液C中$\frac{c（C{a}^{2+}）}{c（M{n}^{2+}）}$＜500；
故答案为：500．

点评 本题考查了流程分析，实验基本操作方法，电解原理 分析判断，溶度积常数计算应用，掌握基础是关键，题目难度中等．