Question

【題目】高錳酸鉀[KMnO4]是常用的氧化劑．工業上以軟錳礦（主要成分是MnO2）為原料制備高錳酸鉀晶體．中間產物為錳酸鉀[K2MnO4]．圖1是實驗室模擬制備的操作流程：

相關資料：
①物質溶解度

物質	KMnO4	K2CO3	KHCO3	K2SO4	CH3COOK
20℃溶解度	6.4	111	33.7	11.1	217

②錳酸鉀[K2MnO4]
外觀性狀：墨綠色結晶．其水溶液呈深綠色，這是錳酸根（MnO42﹣）的特征顏色．
化學性質：在強堿性溶液中穩定，在酸性、中性和弱堿性環境下，MnO42﹣會發生歧化反應．
試回答下列問題：
（1）煅燒軟錳礦和KOH固體時，不采用石英坩堝而選用鐵坩堝的理由是；
（2）實驗時，若CO2過量會生成KHCO3 ， 導致得到的KMnO4產品的純度降低．請寫出實驗中通入適量CO2時體系中可能發生反應離子方程式：；
其中氧化還原反應中氧化劑和還原劑的質量比為 ．
（3）由于CO2的通入量很難控制，因此對上述實驗方案進行了改進，即把實驗中通CO2改為加其他的酸．從理論上分析，選用下列酸中 ， 得到的產品純度更高．
A.醋酸
B.濃鹽酸
C.稀硫酸
（4）工業上采用惰性電極電解錳酸鉀溶液制取高錳酸鉀，試寫出該電解反應的化學方程式提出改進方法：可用陽離子交換膜分隔兩極區進行電解（如圖）．圖2中A口加入的溶液最好為 ． 使用陽離子交換膜可以提高Mn元素利用率的原因為 ．

Answer 1

【答案】
（1）高溫下強堿會和瓷坩堝中的二氧化硅反應腐蝕坩堝
（2）3MnO42﹣+2CO2═2MnO4﹣+MnO2↓+2CO32﹣ ， 2OH﹣+CO2═CO32﹣+H2O；1：2
（3）A
（4）2K2MnO4+2H2O 2KMnO4+H2↑+2KOH；KOH溶液；陽離子交換膜防止錳酸根進入陰極區被還原
【解析】解：（1.）瓷坩堝中的二氧化硅和強堿反應，坩堝被腐蝕，加熱軟錳礦和KOH固體時，不采用瓷坩堝而選用鐵坩堝，所以答案是：高溫下強堿會和瓷坩堝中的二氧化硅反應腐蝕坩堝；
（2.）工藝流程可知，CO2使MnO42﹣發生歧化反應，生成MnO4﹣和MnO2 ， 根據元素守恒可知，會生成K2CO3 ， 若通入CO2太多，會生KHCO3 ， 濾液中含有KHCO3、KMnO4 ， 在加熱濃縮時，會有KHCO3晶體和KMnO4晶體一起析出，實驗中通入適量CO2時體系中可能發生反應離子方程式為：3MnO42﹣+2CO2═2MnO4﹣+MnO2↓+2CO32﹣ ， 2OH﹣+CO2═CO32﹣+H2O，其中氧化還原反應中氧化劑和還原劑都是高錳酸鉀，所以氧化劑和還原劑的質量比即為反應的物質的量之比為1：2；所以答案是：3MnO42﹣+2CO2═2MnO4﹣+MnO2↓+2CO32﹣ ， 2OH﹣+CO2═CO32﹣+H2O；1：2；
（3.）因為鹽酸具有還原性，易被高錳酸鉀氧化，醋酸鉀的溶解度比硫酸鉀大的多，蒸發濃縮時基本上都會留在母液中，硫酸加入生成的硫酸鉀溶解度小，會隨KMnO4一起結晶析出得到的高錳酸鉀中含有雜質；所以答案是：A；
（4.）惰性電極電解錳酸鉀溶液制取高錳酸鉀，錳酸根離子在陽極失電子生成高錳酸根離子，溶液中氫離子在陰極得到電子生成氫氣，溶液中氫氧根離子濃度增大生成堿，電解反應的化學方程式為：2K2MnO4+2H2O 2KMnO4+H2↑+2KOH，陽離子交換膜分隔兩極區進行電解錳酸鉀溶液制取高錳酸鉀，陽離子移向方向可知左邊電極為陽極，右邊冒氣泡的電極為陰極，為維持電解質溶液電荷守恒，A處最好加入氫氧化鉀溶液，使用陽離子交換膜可以提高Mn元素利用率是因為陽離子交換膜防止錳酸根進入陰極區被還原；所以答案是：2K2MnO4+2H2O 2KMnO4+H2↑+2KOH；KOH溶液；陽離子交換膜防止錳酸根進入陰極區被還原．