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【题目】KMnO4在实验室和工业上均有重要应用,其工业制备的部分工艺如下:

Ⅰ.将软锰矿(主要成分MnO2)粉碎后,与KOH固体混合,通入空气充分焙烧,生成暗绿色熔融态物质。

Ⅱ.冷却,将固体研细,用稀KOH溶液浸取,过滤,得暗绿色溶液。

Ⅲ.向暗绿色溶液中通入CO2,溶液变为紫红色,同时生成黑色固体。

Ⅳ.过滤,将紫红色溶液蒸发浓缩,冷却结晶,过滤,洗涤,干燥,得KMnO4固体。

资料:K2MnO4为暗绿色固体,在强碱性溶液中稳定,在近中性或酸性溶液中易发生歧化反应(Mn的化合价既升高又降低)

(1)Ⅰ中,粉碎软锰矿的目的是_____

(2)Ⅰ中,生成K2MnO4的化学方程式是_____

(3)Ⅱ中,浸取时用稀KOH溶液的原因是_____

(4)Ⅲ中,CO2K2MnO4在溶液中反应的化学方程式是_____

(5)K2MnO4溶液采用惰性电极隔膜法电解,也可制得KMnO4.装置如图:

b极是_____(”)D____________

②结合电极反应式简述生成KMnO4的原理:___________

③传统无膜法电解时,锰元素利用率偏低,与之相比,用阳离子交换膜可以提高锰元素的利用率,其原因是__________

(6)用滴定法测定某高锰酸钾产品的纯度,步骤如下:

已知:Na2C2O4 +H2SO4 ═H2C2O4 +Na2SO4

5H2C2O4 +2MnO4+6H+═2Mn2++10CO2↑+8H2O

摩尔质量:Na2C2O4 134g/mol KMnO4 158g/mol

ⅰ.称取ag产品,配成50mL溶液。

ⅱ.称取bgNa2C2O4,置于锥形瓶中,加蒸馏水使其溶解,再加入过量的硫酸。

ⅲ.将锥形瓶中溶液加热到75℃~80℃,恒温,用ⅰ中所配溶液滴定至终点,消耗溶液V mL(杂质不参与反应)

产品中KMnO4的质量分数的表达式为_________

【答案】增大反应物接触面积,加快反应速率 2MnO2 +4KOH+O2 2K2MnO4 +2H2O 保持溶液呈强碱性,防止K2MnO4发生歧化反应 3K2MnO4 +2CO2 =2KMnO4 +MnO2↓+2K2CO3 较浓的KOH溶液 a极:MnO42--e-=MnO4-,部分K+通过阳离子交换膜进入阴极区,阳极区生成KMnO4 用阳离子交换膜可防止MnO4、MnO42﹣在阴极被还原

【解析】

(1)粉碎软锰矿,可增大固体表面积;

(2)由题意可知软锰矿(主要成分MnO2)粉碎后,与KOH固体混合,通入空气充分焙烧,可生成K2MnO4

(3)用稀KOH溶液浸取,可使溶液呈强碱性,防止K2MnO4变质;

(4)Ⅲ中,CO2K2MnO4在溶液中反应,溶液变为紫红色,同时生成黑色固体,说明生成KMnO4MnO2

(5)电解K2MnO4制取KMnO4,阴极上水得电子发生还原反应生成氢气和氢氧根离子,阳极上锰酸根离子失电子反应氧化反应生成高锰酸根离子;

(6)称取bgNa2C2O4,置于锥形瓶中,可知n(Na2C2O4)=,用ⅰ中所配溶液滴定至终点,消耗溶液V mL,由方程式5H2C2O4+2MnO4-+6H+=2Mn2++10CO2↑+8H2O可知VmL溶液中n(KMnO4),进而计算纯度。

(1)粉碎软锰矿,可增大固体表面积,反应物的接触面积增大,则反应速率加快;

(2)由题意可知软锰矿(主要成分MnO2)粉碎后,与KOH固体混合,通入空气充分焙烧,可生成K2MnO4,反应的方程式为2MnO2+4KOH+O22K2MnO4+2H2O

(3)由题意可知用稀KOH溶液浸取,可使溶液呈强碱性,防止K2MnO4发生歧化反应而变质;

(4)Ⅲ中,CO2K2MnO4在溶液中反应,溶液变为紫红色,同时生成黑色固体,说明生成KMnO4MnO2,反应的方程式为3K2MnO4+2CO2=2KMnO4+MnO2↓+2K2CO3

(5)①由图可知b极生成氢气,应发生还原反应,为电解池阴极,阴极可得到较浓的KOH溶液;

a为阳极,阳极上锰酸根离子失电子反应氧化反应生成高锰酸根离子,发生MnO42--e-=MnO4-,同时部分K+通过阳离子交换膜进入阴极区,阳极区生成KMnO4

③用阳离子交换膜可防止MnO4-MnO42-在阴极被还原,提高锰元素的利用率;

(6)称取bgNa2C2O4,置于锥形瓶中,可知n(Na2C2O4)=mol,用ⅰ中所配溶液滴定至终点,消耗溶液V mL,由方程式5H2C2O4+2MnO4-+6H+=2Mn2++10CO2↑+8H2O可知VmL溶液中n(KMnO4)=mol×,则50mL溶液中n(KMnO4)=mol×,质量m=mol××158g/mol=g,则产品中KMnO4的质量分数为

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依据表中数据计算该NaOH溶液的物质的量浓度________________

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