Question

8．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下：
請回答下列問題：
（1）該生產中需要純凈的CO₂氣體．寫出實驗室制取CO₂的化學方程式CaCO₃+2HCl═CaCl₂+H₂O+CO₂↑．
（2）KMnO₄稀溶液是一種常用的消毒劑．其消毒原理與下列物質相同的是bd（填字母）．
a．75%酒精    b．雙氧水    c．苯酚    d． 84消毒液（NaClO溶液）
（3）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{\;高溫\;}}{\;}$2K₂MnO₄+2H₂O．
（4）上述流程中可以循環使用的物質有KOH、MnO₂（寫化學式）．
（5）測定高錳酸鉀樣品純度采用硫酸錳滴定：向高錳酸鉀溶液中滴加硫酸錳溶液，產生黑色沉淀．當溶液由紫紅色剛好褪色且半分鐘不恢復，表明達到滴定終點．寫出該反應的離子方程式：2MnO₄^-+3Mn²⁺+2H₂O═5MnO₂↓+4H⁺．
（6）已知：常溫下，Ksp[Mn（OH）₂]=2.4×10^-13．工業上，調節pH可以沉淀廢水中Mn²⁺，當pH=10時，溶液中c（Mn²+）=2.4×10^-5mol/L．
（7）操作Ⅰ的名稱是過濾；操作Ⅱ根據KMnO₄和K₂CO₃兩物質在溶解性上的差異，采用濃縮結晶（填操作步驟）、趁熱過濾得到KMnO₄粗晶體．

Answer 1

分析 將MnO₂和KOH粉碎，目的是增大反應物的接觸面積，加快反應速率，然后將混合物熔融并通入空氣，根據流程圖知，二者反應生成K₂MnO₄，根據元素守恒知還生成H₂O，K₂MnO₄和CO₂反應生成KMnO₄、K₂CO₃、MnO₂，KMnO₄、K₂CO₃易溶于水而MnO₂難溶于水，將KMnO₄、K₂CO₃、MnO₂溶于水然后過濾得到KMnO₄、K₂CO₃混合溶液，再根據KMnO₄、K₂CO₃溶解度差異采用濃縮結晶、趁熱過濾得到KMnO₄粗晶體，母液中含有K₂CO₃，加入CaO，發生反應K₂CO₃+CaO+H₂O=CaCO₃↓+2KOH，從而得到KOH，
（1）實驗室利用碳酸鈣與鹽酸反應制二氧化碳；
（2）KMnO₄有強氧化性，消毒原理與84消毒液、雙氧水一樣；
（3）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，根據鉀元素守恒確定KOH系數，根據氫元素守恒確定H₂O系數；
（4）制備中利用的原料，在轉化過程中又生成的可以循環利用，根據流程圖可知循環的物質；
（5）向高錳酸鉀溶液中滴加硫酸錳溶液，產生黑色沉淀二氧化錳，根據元素守恒和電荷守恒書寫離子方程式；
（6）根據Ksp[Mn（OH）₂]=c（Mn²⁺）•c²（OH^-），可計算出c（Mn^2-）；
（7）將KMnO₄、K₂CO₃、MnO₂溶于水然后過濾得到KMnO₄、K₂CO₃混合溶液，再根據KMnO₄、K₂CO₃溶解度差異采用濃縮結晶、趁熱過濾得到KMnO₄粗晶體．

解答 解：（1）實驗室利用碳酸鈣與鹽酸反應制二氧化碳，反應的方程式為CaCO₃+2HCl═CaCl₂+H₂O+CO₂↑，故答案為：CaCO₃+2HCl═CaCl₂+H₂O+CO₂↑；
（2）KMnO₄有強氧化性，利用其強氧化性殺菌消毒，消毒原理與84消毒液、雙氧水一樣，故選：bd；
（3）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{\;高溫\;}}{\;}$2K₂MnO₄+2H₂O，
故答案為：2MnO₂+4KOH+O₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2K₂MnO₄+2H₂O；
（3）由工藝流程轉化關系可知，向K₂MnO₄溶液中通入CO₂制備KMnO₄、還生成K₂CO₃、MnO₂，反應只有Mn元素的化合價發生變化，由+6價降低為+4價，由+6價升高為+7價，所以K₂MnO₄既是氧化劑又是還原劑，故答案為；K₂MnO₄；
（4）制備中利用的原料，在轉化過程中又生成的可以循環利用．由轉化關系圖知，除石灰、二氧化碳外，K₂MnO₄溶液中通入CO₂以制備KMnO₄生成的MnO₂及最后由母液加入石灰生成的KOH，會在MnO₂、KOH的熔融制備K₂MnO₄中被循環利用，
故答案為：KOH；MnO₂；
（5）向高錳酸鉀溶液中滴加硫酸錳溶液，產生黑色沉淀二氧化錳，反應的離子方程式為2MnO₄^-+3Mn²⁺+2H₂O═5MnO₂↓+4H⁺，
故答案為：2MnO₄^-+3Mn²⁺+2H₂O═5MnO₂↓+4H⁺；
（6）當pH=10時，c²（OH^-），c（OH^-）=1×10^-4 mol/L，根據Ksp[Mn（OH）₂]=c（Mn²⁺）•c²（OH^-），可知c（Mn^2-）=$\frac{Ksp[Mn（OH）{\;}_{2}]}{{c}^{2}（O{H}^{-}）}$=$\frac{2.4×10{\;}^{-13}}{（1×10{\;}^{-4}）^{2}}$=2.4×10^-5mol/L，
故答案為：2.4×10^-5mol/L；
（7）將KMnO₄、K₂CO₃、MnO₂溶于水然后過濾得到KMnO₄、K₂CO₃混合溶液，所以操作Ⅰ為過濾，再根據KMnO₄、K₂CO₃溶解度差異采用濃縮結晶、趁熱過濾得到KMnO₄粗晶體，
故答案為：過濾； 濃縮結晶．

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．