Question

【題目】KMnO4在實驗室和工業(yè)上均有重要應用，其工業(yè)制備的部分工藝如下：

Ⅰ．將軟錳礦（主要成分MnO2）粉碎后，與KOH固體混合，通入空氣充分焙燒，生成暗綠色熔融態(tài)物質(zhì)。

Ⅱ．冷卻，將固體研細，用稀KOH溶液浸取，過濾，得暗綠色溶液。

Ⅲ．向暗綠色溶液中通入CO2，溶液變?yōu)樽霞t色，同時生成黑色固體。

Ⅳ．過濾，將紫紅色溶液蒸發(fā)濃縮，冷卻結(jié)晶，過濾，洗滌，干燥，得KMnO4固體。

資料：K2MnO4為暗綠色固體，在強堿性溶液中穩(wěn)定，在近中性或酸性溶液中易發(fā)生歧化反應（Mn的化合價既升高又降低）。

（1）Ⅰ中，粉碎軟錳礦的目的是___________________。

（2）Ⅰ中，生成K2MnO4的化學方程式是______________________________。

（3）Ⅱ中，浸取時用稀KOH溶液的原因是_________________。

（4）Ⅲ中，CO2和K2MnO4在溶液中反應的化學方程式是_____________________。

（5）將K2MnO4溶液采用惰性電極隔膜法電解，也可制得KMnO4，裝置如圖：

①b極是______極（填“陽”或“陰”），D是_______________。

②結(jié)合電極反應式簡述生成KMnO4的原理：_______________________________。

③傳統(tǒng)無膜法電解時，錳元素利用率偏低，與之相比，用陽離子交換膜可以提高錳元素的利用率，其原因是______。

（6）用滴定法測定某高錳酸鉀產(chǎn)品的純度，步驟如下：

已知：Na2C2O4+H2SO4=H2C2O4+Na2SO4，5H2C2O4+2MnO4-+6H+=2Mn2++10CO2↑+8H2O，摩爾質(zhì)量：Na2C2O4134gmol-1、KMnO4158gmol-1。

ⅰ．稱取ag產(chǎn)品，配成50mL溶液。

ⅱ．稱取bgNa2C2O4，置于錐形瓶中，加蒸餾水使其溶解，再加入過量的硫酸。

ⅲ．將錐形瓶中溶液加熱到75℃～80℃，恒溫，用ⅰ中所配溶液滴定至終點，消耗溶液VmL（雜質(zhì)不參與反應）。

滴定終點的現(xiàn)象為_______________，產(chǎn)品中KMnO4的質(zhì)量分數(shù)的表達式為_____________。

Answer 1

【答案】增大反應物接觸面積，加快反應速率 2MnO2+4KOH+O22K2MnO4+2H2O 保持溶液呈強堿性，防止K2MnO4發(fā)生歧化反應 3K2MnO4+2CO2=2KMnO4+MnO2↓+2K2CO3 陰 較濃的KOH溶液 a極MnO42--e-=MnO4-，部分K+通過陽離子交換膜進入陰極區(qū)，陽極區(qū)生成KMnO4 用陽離子交換膜可防止MnO4-、MnO42-在陰極被還原 當?shù)稳胱詈笠坏蜬MnO4溶液，錐形瓶中的液體由無色變?yōu)闇\紫色，且半分鐘內(nèi)不恢復

【解析】

流程Ⅰ．將軟錳礦（主要成分MnO2）粉碎后，目的是增大反應物接觸面積，加快反應速率，該反應需要氧氣參加，反應物熔融狀態(tài)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(fā)生反應生成K2MnO4，根據(jù)元素守恒還應生成水，根據(jù)電子得失、原子守恒進行配平；

Ⅱ．K2MnO4為暗綠色固體，在強堿性溶液中穩(wěn)定，在近中性或酸性溶液中易發(fā)生歧化反應（Mn的化合價既升高又降低），所以將固體研細，用稀KOH溶液浸取，過濾；

Ⅲ．向暗綠色溶液中通入CO2，溶液發(fā)生歧化反應，生成KMnO4和MnO2；

Ⅳ．過濾，將紫紅色溶液蒸發(fā)濃縮，冷卻結(jié)晶，過濾，洗滌，干燥，得KMnO4固體。

（5）電解池電解K2MnO4溶液得到KMnO4可知：陰極上水得電子發(fā)生還原反應生成氫氣和氫氧根離子，陽極上錳酸根離子失電子反應氧化反應生成高錳酸根離子；

（6）滴定終點，溶液顏色發(fā)生變化，且半分鐘內(nèi)顏色不變；根據(jù)反應Na2C2O4+H2SO4=H2C2O4+Na2SO4，5H2C2O4+2MnO4-+6H+=2Mn2++10CO2↑+8H2O，找出關(guān)系式，然后結(jié)合題中數(shù)據(jù)計算。

（1）Ⅰ中，粉碎軟錳礦的目的是目的是增大反應物接觸面積，加快反應速率；

答案： 增大反應物接觸面積，加快反應速率

（2）由題目信息可知，MnO2、KOH的熔融混合物中通入空氣時發(fā)生反應生成K2MnO4，根據(jù)元素守恒還應生成水，反應中錳元素由+4價升高為+6價，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(shù)為4，所以MnO2系數(shù)2，O2系數(shù)為1，根據(jù)錳元素守恒確定K2MnO4系數(shù)為2，根據(jù)鉀元素守恒確定KOH系數(shù)為4，根據(jù)氫元素守恒確定H2O系數(shù)為2，所以反應化學方程式為：2MnO2+4KOH+O22K2MnO4+2H2O

答案：2MnO2+4KOH+O22K2MnO4+2H2O

（3）由題干信息可知：K2MnO4在強堿性溶液中穩(wěn)定，在近中性或酸性溶液中易發(fā)生歧化反應（Mn的化合價既升高又降低）。

答案：保持溶液呈強堿性，防止K2MnO4發(fā)生歧化反應

（4）向K2MnO4溶液中通入CO2，溶液變?yōu)樽霞t色KMnO4，同時生成黑色固體MnO2，根據(jù)化合價升降相等和質(zhì)量守恒定律寫出方程式3K2MnO4+2CO2=2KMnO4+MnO2↓+2K2CO3 ；

答案：3K2MnO4+2CO2=2KMnO4+MnO2↓+2K2CO3

（5）①b極生成氫氣，是陰極，電極反應式：2H2O+2e-=H2↑+2OH-，鉀離子通過陽離子交換膜到陰極區(qū)，所以D是較濃的KOH溶液；

答案：陰 較濃的KOH溶液

②a極：2MnO42--2e-=2MnO4-，，部分K+通過陽離子交換膜進入陰極區(qū)，陽極區(qū)生成KMnO4；

答案：a極MnO42--e-=MnO4-，部分K+通過陽離子交換膜進入陰極區(qū)，陽極區(qū)生成KMnO4

③傳統(tǒng)無膜法電解時，錳元素利用率偏低，與之相比，用陽離子交換膜可以提高錳元素的利用率，其原因是用陽離子交換膜可防止MnO4-、MnO42-到陰極區(qū)，在陰極被還原；

答案：陽離子交換膜可防止MnO4-、MnO42-在陰極被還原

（6）當?shù)稳胱詈笠坏蜬MnO4溶液，錐形瓶中的液體由無色變?yōu)闇\紫色，且半分鐘內(nèi)不恢復；

設(shè)配制的50ml配制的樣品溶液中含有高錳酸鉀濃度為cmol/L，
則：5Na2C2O4～2KMnO4，

5mol 2mol

b/134 cV×10-3

計算得c=mol/L

KMnO4的質(zhì)量分數(shù)的表達式為：c×50×10-3×158/a =img src="http://thumb.zyjl.cn/questionBank/Upload/2019/06/26/08/9f783dd0/SYS201906260804278141572487_DA/SYS201906260804278141572487_DA.004.png" width="98" height="36" style="-aw-left-pos:0pt; -aw-rel-hpos:column; -aw-rel-vpos:paragraph; -aw-top-pos:0pt; -aw-wrap-type:inline" />×50×10-3×158/a= ；

答案：當?shù)稳胱詈笠坏蜬MnO4溶液，錐形瓶中的液體由無色變?yōu)闇\紫色，且半分鐘內(nèi)不恢復