Question

10．高锰酸钾可用于生活消毒，是中学化学常见的氧化剂．工业上，用软锰矿制高锰酸钾的流程如下：

请回答下列问题：
（1）该生产中需要纯净的CO₂气体．写出实验室制取CO₂的化学方程式CaCO₃+2HCl═CaCl₂+H₂O+CO₂↑．
（2）KMnO₄稀溶液是一种常用的消毒剂．其消毒原理与下列物质相同的是bd（填字母）．
a．75%酒精    b．双氧水    c．苯酚    d． 84消毒液（NaClO溶液）
（3）写出二氧化锰和氢氧化钾熔融物中通入空气时发生的主要化学反应的方程式：2MnO₂+4KOH+O₂ $\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2K₂MnO₄+2H₂O．
（4）上述流程中可以循环使用的物质有KOH、MnO₂（写化学式）．
（5）测定高锰酸钾样品纯度采用硫酸锰滴定：向高锰酸钾溶液中滴加硫酸锰溶液，产生黑色沉淀．当溶液由紫红色刚好褪色且半分钟不恢复，表明达到滴定终点．写出该反应的离子方程式：2MnO₄^-+3Mn²⁺+2H₂O═5MnO₂↓+4H⁺．
（6）已知：常温下，K_sp[Mn（OH）₂]=2.4×10^-13．工业上，调节pH可以沉淀废水中Mn²⁺，当pH=10时，溶液中c（Mn²+）=2.4×10^-5mol/L．
（7）操作Ⅰ的名称是过滤；操作Ⅱ根据KMnO₄和K₂CO₃两物质在溶解性上的差异，采用浓缩结晶（填操作步骤）、趁热过滤得到KMnO₄粗晶体．

Answer 1

分析 将MnO₂和KOH粉碎，目的是增大反应物的接触面积，加快反应速率，然后将混合物熔融并通入空气，根据流程图知，二者反应生成K₂MnO₄，根据元素守恒知还生成H₂O，K₂MnO₄和CO₂反应生成KMnO₄、K₂CO₃、MnO₂，KMnO₄、K₂CO₃易溶于水而MnO₂难溶于水，将KMnO₄、K₂CO₃、MnO₂溶于水然后过滤得到KMnO₄、K₂CO₃混合溶液，再根据KMnO₄、K₂CO₃溶解度差异采用浓缩结晶、趁热过滤得到KMnO₄粗晶体，母液中含有K₂CO₃，加入CaO，发生反应K₂CO₃+CaO+H₂O=CaCO₃↓+2KOH，从而得到KOH，
（1）实验室利用碳酸钙与盐酸反应制二氧化碳；
（2）KMnO₄有强氧化性，消毒原理与84消毒液、双氧水一样；
（3）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；
（4）制备中利用的原料，在转化过程中又生成的可以循环利用，根据流程图可知循环的物质；
（5）向高锰酸钾溶液中滴加硫酸锰溶液，产生黑色沉淀二氧化锰，根据元素守恒和电荷守恒书写离子方程式；
（6）根据Ksp[Mn（OH）₂]=c（Mn²⁺）•c²（OH^-），可计算出c（Mn^2-）；
（7）将KMnO₄、K₂CO₃、MnO₂溶于水然后过滤得到KMnO₄、K₂CO₃混合溶液，再根据KMnO₄、K₂CO₃溶解度差异采用浓缩结晶、趁热过滤得到KMnO₄粗晶体．

解答 解：（1）实验室利用碳酸钙与盐酸反应制二氧化碳，反应的方程式为CaCO₃+2HCl═CaCl₂+H₂O+CO₂↑，
故答案为：CaCO₃+2HCl═CaCl₂+H₂O+CO₂↑；
（2）KMnO₄有强氧化性，利用其强氧化性杀菌消毒，消毒原理与84消毒液、双氧水一样，故选bd，
故答案为：bd；
（3）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\;}}{\;}$2K₂MnO₄+2H₂O；
（3）由工艺流程转化关系可知，向K₂MnO₄溶液中通入CO₂制备KMnO₄、还生成K₂CO₃、MnO₂，反应只有Mn元素的化合价发生变化，由+6价降低为+4价，由+6价升高为+7价，所以K₂MnO₄既是氧化剂又是还原剂，故答案为；K₂MnO₄；
（4）制备中利用的原料，在转化过程中又生成的可以循环利用．由转化关系图知，除石灰、二氧化碳外，K₂MnO₄溶液中通入CO₂以制备KMnO₄生成的MnO₂及最后由母液加入石灰生成的KOH，会在MnO₂、KOH的熔融制备K₂MnO₄中被循环利用，
故答案为：KOH；MnO₂；
（5）向高锰酸钾溶液中滴加硫酸锰溶液，产生黑色沉淀二氧化锰，反应的离子方程式为2MnO₄^-+3Mn²⁺+2H₂O═5MnO₂↓+4H⁺，
故答案为：2MnO₄^-+3Mn²⁺+2H₂O═5MnO₂↓+4H⁺；
（6）当pH=10时，c²（OH^-），c（OH^-）=1×10^-4 mol/L，根据Ksp[Mn（OH）₂]=c（Mn²⁺）•c²（OH^-），可知c（Mn^2-）=$\frac{Ksp（Mn（OH）_{2}）}{{c}^{2}（O{H}^{-}）}$=$\frac{2.4×1{0}^{-13}}{（1×1{0}^{-4}）^{2}}$=2.4×10^-5mol/L，
故答案为：2.4×10^-5mol/L；
（7）将KMnO₄、K₂CO₃、MnO₂溶于水然后过滤得到KMnO₄、K₂CO₃混合溶液，所以操作Ⅰ为过滤，再根据KMnO₄、K₂CO₃溶解度差异采用浓缩结晶、趁热过滤得到KMnO₄粗晶体，
故答案为：过滤； 浓缩结晶．

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，题目难度中等，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．