Question

KMnO₄是常用的強(qiáng)氧化劑，工業(yè)上以軟錳礦（主要成分MnO₂）為原料，通過(guò)液相法生產(chǎn)，即在堿性條件下用氧氣氧化MnO₂得到K₂MnO₄，分離后得到K₂MnO₄，再用惰性材料為電極電解K₂MnO₄溶液得到KMnO₄，簡(jiǎn)略生產(chǎn)過(guò)程如下：

（1）反應(yīng)器中反應(yīng)的化學(xué)方程式為：

 

．
（2）生產(chǎn)過(guò)程中最好使用含MnO₂80%以上的富礦，因?yàn)镸nO₂含量最低的貧礦中Al、Si的氧化物含量較高，會(huì)導(dǎo)致KOH消耗量

 

 （填“偏高”或“偏低”），其中Al的氧化物和KOH溶液反應(yīng)的化學(xué)方程式為：

 

．
（3）電解槽中陽(yáng)極的電極反應(yīng)方程式為：

 

；
（4）在傳統(tǒng)工藝中得到K₂MnO₄后，向其中通入CO₂制備KMnO₄，化學(xué)反應(yīng)方程式為：3K₂MnO₄+2CO₂═2KMnO₄+MnO₂+2K₂CO₃  根據(jù)上述反應(yīng)，從Mn元素的角度考慮KMnO₄的產(chǎn)率最高為

 

．與該傳統(tǒng)工藝相比，電解法的優(yōu)勢(shì)是

 

．
（5）測(cè)定高錳酸鉀樣品純度的方法是：向高錳酸鉀溶液中滴加硫酸錳溶液產(chǎn)生黑色沉淀，反應(yīng)的離子方程式

 

．
（6）已知常溫下K_SP（Mn（OH）₂）=2.0×10^-23，工業(yè)上調(diào)節(jié)PH沉淀廢水中的Mn²⁺，當(dāng)pH=10時(shí)，c（Mn²⁺）=

 

 mol/L．

Answer 1

考點(diǎn)：電解原理,難溶電解質(zhì)的溶解平衡及沉淀轉(zhuǎn)化的本質(zhì)

專題：電離平衡與溶液的pH專題,電化學(xué)專題

分析：（1）堿性條件下用氧氣氧化MnO₂得到K₂MnO₄，寫出相應(yīng)的方程式．
（2）氧化鋁是兩性氧化物，氧化鋁能和強(qiáng)堿反應(yīng)生成偏鋁酸鹽和水，所以會(huì)導(dǎo)致KOH消耗量偏高．
（3）在電解槽中用鉑板作用陽(yáng)極，鐵作陰極電解K₂MnO₄溶液得到KMnO₄，陰極上水得電子發(fā)生還原反應(yīng)生成氫氣和氫氧根離子，陽(yáng)極上錳酸根離子失電子反應(yīng)氧化反應(yīng)生成高錳酸根離子．
（4）根據(jù)化學(xué)反應(yīng)方程式為：3K₂MnO₄+2CO₂═2KMnO₄+MnO₂+2K₂CO₃分析KMnO₄的產(chǎn)率；電解法陽(yáng)極都生成KMnO₄，產(chǎn)率更高．
（5）根據(jù)氧化還原反應(yīng)原理書寫；
（6）已知常溫下K_SP（Mn（OH）₂）=c（Mn²⁺）×c（OH^-）²結(jié)合pH=10計(jì)算c（Mn²⁺）；

解答： 解：（1）二氧化錳和氫氧化鉀、氧氣發(fā)生生成錳酸鉀和水，反應(yīng)的化學(xué)方程式為4KOH+2MnO₂+O₂=2K₂MnO₄+2H₂O，
故答案為：4KOH+2MnO₂+O₂=2K₂MnO₄+2H₂O；
（2）氧化鋁是兩性氧化物，既能與強(qiáng)酸反應(yīng)也能與強(qiáng)堿反應(yīng)，所以氧化鋁和強(qiáng)堿反應(yīng)生成偏鋁酸鹽和水，反應(yīng)的化學(xué)方程式為2KOH+Al₂O₃=2KAlO₂+H₂O，所以會(huì)導(dǎo)致KOH消耗量偏高；故答案為：偏高；2KOH+Al₂O₃=2KAlO₂+H₂O；
（3）電解錳酸鉀溶液時(shí)，陰極上水得電子生成氫氣和氫氧根離子，電極反應(yīng)為2H₂O+2e^-=H₂↑+2OH^-，陽(yáng)極上錳酸根離子失電子生成高錳酸根離子，電極反應(yīng)式為2MnO₄^2--2e^-=2MnO₄^-，故答案為：2MnO₄^2--2e^-=2MnO₄^-；
（4）由化學(xué)反應(yīng)方程式為：3K₂MnO₄+2CO₂═2KMnO₄+MnO₂+2K₂CO₃分析得出，3份錳參加反應(yīng)生成2份KMnO₄，所以KMnO₄的產(chǎn)率最高為

2

3

×100%=66.7%；與該傳統(tǒng)工藝相比，電解法陽(yáng)極都生成KMnO₄，產(chǎn)率更高，所以優(yōu)勢(shì)是產(chǎn)率更高、KOH循環(huán)利用；故答案為：66.7%；產(chǎn)率更高、KOH循環(huán)利用；
（5）向高錳酸鉀溶液中滴加硫酸錳溶液產(chǎn)生黑色沉淀，根據(jù)氧化還原反應(yīng)化合價(jià)由升必有降，則黑色物質(zhì)為二氧化錳，所以反應(yīng)的離子方程式3Mn²⁺+2MnO₄^-+2H₂O=5MnO₂↓+4H⁺；故答案為：3Mn²⁺+2MnO₄^-+2H₂O=5MnO₂↓+4H⁺；
（6）已知常溫下K_SP（Mn（OH）₂）=c（Mn²⁺）×c（OH^-）²）=2.0×10^-23，又pH=10，所以c（OH^-）=10^-4mol/L，所以c（Mn²⁺）=

2.0×10 -23

(10 -4) 2

=2×10^-15mol/L；故答案為：2×10^-15；

點(diǎn)評(píng)：本題以電解原理為載體考查了電極反應(yīng)式的書寫、化學(xué)反應(yīng)方程式的書寫等知識(shí)點(diǎn)，難度不大，會(huì)根據(jù)題中已知條件確定生成物并寫出反應(yīng)方程式是解本題的關(guān)鍵．