Question

1．軟錳礦的主要成分為MnO₂，工業可用其按如下方法制備高錳酸鉀：

a．將軟錳礦初選后粉碎，與固體苛性鉀混合，加入反應釜中敞口加熱至熔融，并保持熔融狀態下攪拌25～30min，冷卻得墨綠色熔渣（主要成分為K₂MnO₄）；
b．將熔渣粉碎，加入去離子水溶解，充分攪拌后過濾得墨綠色濾液1；
c．取適量70%硫酸，加入濾液1中，邊加邊攪拌，直至不再產生棕褐色沉淀，過濾，得紫色濾液2；
d．提純濾液2即可得高錳酸鉀粗品．
根據上述內容回答下列問題：
（1）步驟a中，反應物熔融狀態下攪拌的目的是：使熔融物充分接觸空氣，用化學方程式表示出MnO₂轉化為K₂MnO₄的反應原理：2MnO₂+4KOH+O₂$\frac{\underline{\;熔融\;}}{\;}$2K₂MnO₄+2H₂O．
（2）粉碎后的軟錳礦與苛性鉀置于C中進行加熱．
A．陶瓷反應釜   B．石英反應釜    C．鐵制反應釜
（3）寫出步驟c中反應的離子方程式：3MnO₄^2-+4H⁺$\frac{\underline{\;熔融\;}}{\;}$2MnO₄^-+MnO₂+2H₂O．
（4）步驟d中由濾液2得到高錳酸鉀粗品的主要操作步驟是：蒸發濃縮、冷卻結晶、過濾、洗滌、干燥．
（5）若將母液循環使用，可能造成的問題是：導致K₂SO₄逐漸積累，結晶時隨產品析出，降低高錳酸鉀純度．
（6）早先有文獻報道：步驟a中加入KClO₃固體會縮短流程時間以及提高高錳酸鉀的產率，但從綠色化學角度考慮后，現在工廠中一般不采用此法，你認為這種方法不符合綠色化學的原因是：以KClO₃為氧化劑會使濾渣中含有大量KCl，溶解酸化時，Cl^-被氧化會產生大量氯氣．

Answer 1

分析 （1）該反應需要氧氣參加，反應物熔融狀態下攪拌目的是使熔融物充分接觸空氣；由題目信息可知，MnO₂、KOH的熔融混合物中通入空氣時發生反應生成K₂MnO₄，根據元素守恒還應生成水，根據電子得失、原子守恒進行配平；
（2）陶瓷、石英原料含有SiO₂，在高溫下，瓷坩堝可以和KOH發生反應：SiO₂+2KOH═K₂SiO₃+H₂O；
（3）步驟c中反應中硫酸和K₂MnO₄生成棕褐色沉淀MnO₄和KMnO₄，根據質量守恒確定其他產物，利用電子得失守恒和原子守恒配平；
（4）從溶液中得到固體的實驗操作一般為蒸發濃縮、冷卻結晶、過濾、洗滌、干燥；
（5）母液中含有硫酸鉀，循環使用，導致K₂SO₄逐漸積累，結晶時隨產品析出，產品不純；
（6）以KClO₃為氧化劑還原產物為KCl，溶解酸化時，Cl^-被氧化生成氯氣，從而污染環境．

解答 解：（1）步驟a中，反應物熔融狀態下攪拌的目的是：使熔融物充分接觸空氣；由題目信息可知，MnO₂、KOH的熔融混合物中通入空氣時發生反應生成K₂MnO₄，根據元素守恒還應生成水，反應中錳元素由+4價升高為+6價，總升高2價，氧元素由0價降低為-2價，總共降低4價，化合價升降最小公倍數為4，所以MnO₂系數2，O₂系數為1，根據錳元素守恒確定K₂MnO₄系數為2，根據鉀元素守恒確定KOH系數為4，根據氫元素守恒確定H₂O系數為2，所以反應化學方程式為：2MnO₂+4KOH+O₂$\frac{\underline{\;熔融\;}}{\;}$2K₂MnO₄+2H₂O；
故答案為：使熔融物充分接觸空氣；2MnO₂+4KOH+O₂$\frac{\underline{\;熔融\;}}{\;}$2K₂MnO₄+2H₂O；
（2）陶瓷、石英原料含有SiO₂，在高溫下，陶瓷、石英可以和KOH發生反應：SiO₂+2KOH═K₂SiO₃+H₂O，腐蝕反應釜，故不能使用陶瓷反應釜和石英反應釜，而使用鐵制反應釜；
故選：C；
（3）步驟c中反應中硫酸和K₂MnO₄生成棕褐色沉淀MnO₂和KMnO₄，根據元素守恒還應生成水，反應中錳元素由+6價升高為+7價，升高1價，由+6價降低為+4價，降低2價，化合價升降最小公倍數為2，所以MnO₂系數2，MnO₄^-系數為1，根據錳元素守恒確定MnO₄^2-系數為3，根據電荷守恒確定H⁺系數為4，根據氫元素守恒確定H₂O系數為2，所以離子化學方程式為：3MnO₄^2-+4H⁺$\frac{\underline{\;熔融\;}}{\;}$2MnO₄^-+MnO₂+2H₂O；
故答案為：3MnO₄^2-+4H⁺$\frac{\underline{\;熔融\;}}{\;}$2MnO₄^-+MnO₂+2H₂O；
（4）從濾液中得到KMnO₄晶體的實驗操作依次是蒸發濃縮、冷卻結晶、過濾、洗滌、干燥，故答案為：蒸發濃縮、冷卻結晶、過濾、洗滌、干燥；
（5）母液中含有硫酸鉀，循環使用，導致K₂SO₄逐漸積累，結晶時隨產品析出，降低高錳酸鉀純度，
故答案為：導致K₂SO₄逐漸積累，結晶時隨產品析出，降低高錳酸鉀純度；
（6）以KClO₃為氧化劑還原產物為KCl，溶解酸化時，Cl^-被氧化生成氯氣，從而污染環境，
故答案為：以KClO₃為氧化劑會使濾渣中含有大量KCl，溶解酸化時，Cl^-被氧化會產生大量氯氣．

點評 本題考查學生對工藝流程的理解、閱讀獲取信息能力、物質推斷、氧化還原反應等，難度中等，是對所學知識的綜合運用與能力的考查，需要學生具備扎實的基礎知識與綜合運用知識、信息進行解決問題的能力．