Question

【題目】高錳酸鉀是常用的氧化劑。某化學(xué)小組在實(shí)驗(yàn)室以軟錳礦(主要成分是MnO2)為原料制備KMnO4，下圖是實(shí)驗(yàn)室制備高錳酸鉀的操作流程。

已知：

溫度	溶解度/g
	K2CO3	KHCO3	KMnO4
20℃	111	33.7	6.38

請(qǐng)回答：

（1）反應(yīng)①的化學(xué)方程式為______。加熱軟錳礦、KClO3、和KOH固體時(shí)，除三腳架、玻璃棒、泥三角和鐵坩堝外，還用到的儀器有_____，不采用瓷坩堝而選用鐵坩堝的理由是________。

（2）反應(yīng)②中氧化產(chǎn)物與還原產(chǎn)物的物質(zhì)的量之比為________；上述流程中可以循環(huán)利用的物質(zhì)是__________

（3）實(shí)驗(yàn)時(shí)，從濾液中得到KMnO4晶體的實(shí)驗(yàn)操作a為_____。若CO2過量會(huì)生成KHCO3導(dǎo)致得到的KMnO4產(chǎn)品的純度降低其原因是_________

（4）反應(yīng)③是模擬工業(yè)上采用惰性電極電解法制取高錳酸鉀晶體，寫出反應(yīng)的化學(xué)方程式_____。

Answer 1

【答案】 KClO3+3MnO2+6KOH3K2MnO+KCl+3H2O 酒精燈、坩堝鉗 瓷坩堝中的SiO2會(huì)與KOH發(fā)生反應(yīng)或SiO2+2KOH=K2SiO3+H2O 2:1 KOH、MnO2 蒸發(fā)濃縮、降溫結(jié)晶、過濾 KHCO3的溶解度較小，濾液蒸發(fā)濃縮、降溫結(jié)晶時(shí)KHCO3會(huì)隨KMnO4一同結(jié)晶析出 2K2MnO4+2H2O2KOH+2KMnO4+H2↑

【解析】試題分析：本題以軟錳礦制備KMnO4的流程為載體，考查流程的分析、方程式的書寫、氧化還原反應(yīng)的分析、化學(xué)實(shí)驗(yàn)的基本操作、電解原理。

（1）根據(jù)流程，反應(yīng)①為軟錳礦中的MnO2與KClO3、KOH在熔融條件下反應(yīng)生成K2MnO4和KCl，反應(yīng)可寫成MnO2+KClO3+KOH→K2MnO4+KCl，Mn元素的化合價(jià)由+4價(jià)升至+6價(jià)，Cl元素的化合價(jià)由+5價(jià)降至-1價(jià)，根據(jù)得失電子守恒、原子守恒，反應(yīng)①的化學(xué)方程式為3MnO2+KClO3+6KOH3K2MnO4+KCl+3H2O。加熱軟錳礦、KClO3和KOH固體時(shí)除三腳架、玻璃棒、泥三角和鐵坩堝外，加熱需要酒精燈，取用鐵坩堝需要坩堝鉗，還用到的儀器是酒精燈、坩堝鉗。不采用瓷坩堝而選用鐵坩堝的理由是：瓷坩堝中的SiO2會(huì)與KOH發(fā)生反應(yīng)，反應(yīng)的方程式為SiO2+2KOH=K2SiO3+H2O。

（2）根據(jù)流程，反應(yīng)②為向K2MnO4溶液中通入CO2生成MnO2、KMnO4和K2CO3，反應(yīng)的化學(xué)方程式為3K2MnO4+2CO2=2KMnO4+MnO2↓+2K2CO3，K2MnO4中Mn元素的化合價(jià)部分由+6價(jià)升至KMnO4中的+7價(jià)，KMnO4為氧化產(chǎn)物，部分由+6價(jià)降至MnO2中的+4價(jià)，MnO2為還原產(chǎn)物，根據(jù)得失電子守恒，反應(yīng)②中氧化產(chǎn)物與還原產(chǎn)物物質(zhì)的量之比為2:1。根據(jù)流程反應(yīng)②生成的MnO2，反應(yīng)③得到的KOH都可以循環(huán)利用，可循環(huán)利用的物質(zhì)是KOH、MnO2。

（3）反應(yīng)②結(jié)束冷卻至室溫濾去MnO2后得到的溶液中含KMnO4和K2CO3，根據(jù)表中的溶解度，20℃時(shí)K2CO3的溶解度很大，KMnO4的溶解度較小，從濾液中得到KMnO4晶體的實(shí)驗(yàn)操作a是：蒸發(fā)濃縮、降溫結(jié)晶、過濾。反應(yīng)②中若CO2過量，反應(yīng)后濾去MnO2得到含KMnO4和KHCO3的混合溶液，根據(jù)表中溶解度數(shù)值可知，KHCO3的溶解度較小，濾液蒸發(fā)濃縮、降溫結(jié)晶時(shí)KHCO3會(huì)隨KMnO4一同結(jié)晶析出，導(dǎo)致得到的KMnO4產(chǎn)品純度降低。

（4）根據(jù)流程，用惰性電極電解K2MnO4溶液得到KMnO4，陽極電極反應(yīng)式為MnO42--e-=MnO4-；根據(jù)放電順序，陰極電極反應(yīng)式為2H2O+2e-=H2↑+2OH-；電解反應(yīng)的化學(xué)方程式為2K2MnO4+2H2O2KMnO4+2KOH+H2↑。