Question

【題目】KMnO4在醫療上有廣泛地應用，可用于防腐、制藥、消毒等。現以軟錳礦（主要成分為MnO2，含有少量Al2O3、SiO2等）為原料制備KMnO4的工業流程如圖所示。

（1）料渣的主要成分是____，操作2的意義是__________。

（2）“調pH”的目的是__________；寫出“氧化”過程中發生反應的離子方程式：________；熔融過程中，氧化劑與還原劑的物質的量之比為_______。

（3）操作3的內容為蒸發濃縮、趁熱過濾、洗滌、烘干，已知KHCO3、KMnO4的溶解度曲線是下圖中的兩種，則KHCO3、KMnO4的溶解度曲線分別是_____（填序號）。

（4）用惰性電極電解K2MnO4溶液也可得到目標產物，則生成目標產物的電極反應式為___________，充分電解后，得到的溶液中溶質的主要成分是______和KMnO4。

Answer 1

【答案】SiO2 提高原料的利用率 除去Al3+ 2MnO4-+3Mn2++2H2O=5MnO2↓+4H+ 1:2 II、Ⅲ MnO42--e-= MnO4- KOH

【解析】

軟錳礦(主要成分為MnO2，含有少量Al2O3、SiO2等)加入稀硫酸同時通入二氧化硫，可將MnO2還原成Mn2+，則溶液中主要陽離為Mn2+和Al3+，料渣為不溶于稀硫酸的SiO2，之后濾液中加入碳酸錳調節pH使Al3+轉化為Al(OH)3沉淀除去；然后加入高錳酸鉀氧化Mn2+得到MnO2沉淀，向熔融狀態的MnO2中通入氧氣，同時加入KOH，反應生成K2MnO4，加水溶解并通入過量二氧化碳，K2MnO4發生歧化得到含KMnO4和KHCO3的溶液，以及MnO2沉淀，之后對濾液進行蒸發濃縮、趁熱過濾、洗滌烘干得到高錳酸鉀晶體。

(1)根據分析可知料渣主要成分為SiO2，操作2可以提高原料的利用率；

(2)調pH值的目的是使Al3+轉化為Al(OH)3沉淀除去；氧化過程中KMnO4和Mn2+發生歸中反應得到MnO2，離子方程式為2 MnO4-+3Mn2++2H2O=5MnO2↓+4H+；熔融過程中O2為氧化劑，由0價降為-2價，每個氧氣分子可以得到4個電子，MnO2為還原劑，化合價由+4價升為+6價，失去2個電子，所以氧化劑與還原劑物質的量之比為1:2；

(3)操作3的內容為蒸發濃縮、趁熱過濾、洗滌、烘干，說明KHCO3的溶解度隨溫度變化較大，為防止其析出要趁熱過濾，所以曲線II代表碳酸氫鉀；而KMnO4的溶解度隨溫度變化不大，而且KMnO4析出，說明其溶解度要比碳酸氫鉀的溶解度小，所以曲線Ⅲ代表KMnO4的溶解度；

(4)由K2MnO4得到KMnO4，錳元素化合價升高被氧化，所以應在陽極生成，電極方程式為MnO42--e-= MnO4-；電解過程中陰極水電離出的氫離子放電生成氫氣，同時破壞水的電離平衡產生氫氧根，所以溶質為KOH和KMnO4。