Question

12．高錳酸鉀可用于生活消毒，是中學化學常見的氧化劑．工業上，用軟錳礦制高錳酸鉀的流程如圖（部分條件和產物省略）：

請回答下列問題：
（1）寫出KOH的電子式．
（2）寫出二氧化錳和氫氧化鉀熔融物中通入空氣時發生的主要化學反應的方程式：2MnO₂+4KOH+O₂$\frac{\underline{\;熔融\;}}{\;}$2K₂MnO₄+2H₂O．
（3）從經濟性考慮試劑X宜選擇（填名稱）：石灰乳（或生石灰）．上述流程中，設計步驟IV和V的目的是循環利用二氧化錳、氫氧化鉀，提高原料利用率．
（4）已知：常溫下，K_sp[Mn（OH）₂]=2.0×10^-13．工業上，調節pH沉淀廢水中Mn²⁺．當pH=10時，溶液中c（Mn²+）=2.0×10^-5mol•L^-1．
（5）測定高錳酸鉀樣品純度：向高錳酸鉀溶液中滴定硫酸錳溶液，產生黑色沉淀．當溶液由紫紅色剛好褪色且半分鐘不變色，表明達到滴定終點．寫出離子方程式：2MnO₄-+3Mn²⁺+2H₂O=5MnO₂↓+4H⁺．
（6）以惰性材料為電極，采用電解錳酸鉀溶液的方法完成步驟III轉化．
①陽極反應式為MnO₄^2--e^-=MnO₄^-．
②電解過程中，陰極附近電解質溶液的pH將增大（填：增大、減小或不變）．

Answer 1

分析 軟錳礦的主要成分為MnO₂，由工藝流程轉化關系可知，MnO₂、KOH的熔融混合物中通入空氣時發生反應生成K₂MnO₄，向K₂MnO₄溶液中通入CO₂制備KMnO₄、還生成K₂CO₃、MnO₂，通過過濾，分離出二氧化錳，濾液中含KMnO₄和K₂CO₃，根據KMnO₄和K₂CO₃在溶解性上不同采用蒸發結晶的方式可分離出高錳酸鉀和碳酸鉀，對粗高錳酸鉀進行重結晶、干燥得到純凈的高錳酸鉀；向碳酸鉀溶液中加入石灰生成碳酸鈣和氫氧化鉀，據此分析．

解答 解：（1）KOH為離子化合物，由鉀離子和氫氧根離子構成，氫氧化鉀的電子式為：；
故答案為：；
（2）由工藝流程轉化關系可知，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\;}}{\;}$2K₂MnO₄+2H₂O；
故答案為：2MnO₂+4KOH+O₂$\frac{\underline{\;熔融\;}}{\;}$2K₂MnO₄+2H₂O；
（3）試劑X是將碳酸鉀反應生成氫氧化鉀，所以從經濟性考慮試劑X宜選擇石灰乳（或生石灰），上述流程中，步驟IV和V都是物質循環利用，其目的是循環利用二氧化錳、氫氧化鉀，提高原料利用率；
故答案為：石灰乳（或生石灰）；循環利用二氧化錳、氫氧化鉀，提高原料利用率；
（4）pH=10時c（OH^-）=10^-4mol/L，根據Ksp[Mn（OH）₂]=c²（OH^-）×c（Mn²⁺）可知，溶液中c（Mn^2）=$\frac{2.0×1{0}^{-13}}{（1{0}^{-4}）^{2}}$=2.0×10^-5mol•L^-1；
故答案為：2.0×10^-5mol•L^-1；
（5）用高錳酸鉀溶液滴定硫酸錳溶液，產生黑色沉淀，高錳酸根離子與錳離子發生價態歸中反應，發生反應的離子方程式為2MnO₄^-?+3Mn²⁺+2H₂O=5MnO₂↓+4H⁺；
故答案為：2MnO₄-+3Mn²⁺+2H₂O=5MnO₂↓+4H⁺；
（6）電解錳酸鉀溶液時，陽極上錳酸根離子失電子生成高錳酸根離子，電極反應式為MnO₄^2--e^-=MnO₄^-，陰極上水得電子生成氫氣和氫氧根離子，電極反應為2H₂O+2e^-=H₂↑+2OH^-，則陰極溶液的pH增大；
故答案為：①MnO₄^2--e^-=MnO₄^-②增大．

點評 本題考查常見氧化劑與還原劑、氧化還原反應、化學計算和對工藝流程的理解、閱讀題目獲取信息的能力等，難度中等，需要學生具有扎實的基礎知識與靈活運用知識解決問題的能力．