Question

10．高锰酸钾是锰的重要化合物和常用氧化剂，在实验室和医疗上有非常广泛的应用．图1是工业上用软锰矿（主要含MnO₂）制备高锰酸钾晶体的一种工艺流程：

（1）操作Ⅱ的名称是过滤，实验室进行该操作须用到的玻璃仪器有烧杯、漏斗、玻璃棒；
（2）反应②的产物中，氧化产物与还原产物的物质的量之比是2：1；
（3）反应②中“酸化”时不能选择下列酸中的a（填字母序号）
a．稀盐酸     b．稀硫酸      c．稀醋酸
（4）用如图2所示的装置进行电解，在通电一段时间后，铁电极的质量增加．
①写出乙中两极发生的电极反应式．
阴极：Ag⁺+e^-=Ag；
阳极：Ag-e^-=Ag⁺．
②写出甲中发生反应的化学方程式：2CuSO₄+2H₂O$\frac{\underline{\;电解\;}}{\;}$2Cu+O₂↑+2H₂SO₄．
③C（左）、C（右）、Fe、Ag 4个电极上析出或溶解物质的物质的量之比是2：1：4：4．

Answer 1

分析 根据流程图知，软锰矿（主要含MnO₂）和KOH和氯酸钾高温反应生成K₂MnO₄，3MnO₂+6KOH+KClO₃ $\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$3K₂MnO₄+3H₂O+KCl，加入水通过过滤，分离出杂质，滤液中含K₂MnO₄、KCl，滤液酸化，K₂MnO₄与酸发生氧化还原反应生成KMnO₄和MnO₂，过滤得到滤液蒸发浓缩冷却结晶过滤洗涤的高锰酸钾；
（1）软锰矿中含有不溶于水的物质，由流程图可知，通过操作Ⅰ得到滤液，因此操作Ⅰ为过滤；（2）K₂MnO₄与酸发生氧化还原反应生成KMnO₄和MnO₂，由化合价升降相等确定氧化产物与还原产物的物质的量之比；
（3）酸性高锰酸钾溶液能氧化盐酸，因此不能选用盐酸酸化；
（4）①装置是电解池，通电一段时间后发现乙烧杯中铁电极的质量增加，铁做电解池阴极，银做阳极；
②甲烧杯中和铁连接的为阳极，左边的碳棒是阴极，电解硫酸铜溶液生成铜、氧气和硫酸；
③阳极电极反应和电子守恒计算电极产物或电解溶解的物质的量．

解答 解：根据流程图知，软锰矿（主要含MnO₂）和KOH和氯酸钾高温反应生成K₂MnO₄，3MnO₂+6KOH+KClO₃ $\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$3K₂MnO₄+3H₂O+KCl，加入水通过过滤，分离出杂质，滤液中含K₂MnO₄、KCl，滤液酸化，K₂MnO₄与酸发生氧化还原反应生成KMnO₄和MnO₂，过滤得到滤液蒸发浓缩冷却结晶过滤洗涤的高锰酸钾；
（1）由流程图可知，通过操作Ⅱ得到滤液、滤渣，因此操作Ⅱ为过滤，过滤用到的玻璃仪器有：玻璃棒、漏斗、烧杯，
故答案为：过滤；烧杯、漏斗、玻璃棒；
（2）K₂MnO₄与酸发生氧化还原反应生成KMnO₄和MnO₂，Mn元素的化合价由+6变为+7和+4价，因此KMnO₄为氧化产物，MnO₂为还原产物，根据化合价升降相等可知，氧化产物与还原产物的物质的量之比为（6-4）：（7-6）=2：1，
故答案为：2：1；
（3）酸性高锰酸钾溶液能氧化盐酸生成氯气，因此不能选用盐酸酸化，故答案为：a；
（4）①通电一段时间后发现乙烧杯中铁电极的质量增加，铁做电解池阴极，银做阳极，电解质溶液是硝酸银溶液，所以原理是电镀原理，阴极电极反应为：Ag⁺+e^-=Ag；阳极电极反应为：Ag-e^-=Ag⁺，
故答案为：Ag⁺+e^-=Ag；Ag-e^-=Ag⁺；
②甲烧杯中和铁连接的为阳极，左边的碳棒是阴极，电解硫酸铜溶液生成铜、氧气和硫酸，电池反应为：2CuSO₄+2H₂O$\frac{\underline{\;电解\;}}{\;}$2Cu+O₂↑+2H₂SO₄，
故答案为：2CuSO₄+2H₂O$\frac{\underline{\;电解\;}}{\;}$2Cu+O₂↑+2H₂SO₄；
③甲中阴极电极反应为2Cu²⁺+4e^-=2Cu，阳极电极反应为4OH^--4e^-=2H₂O+O₂↑；乙池中电极反应，阳极电极反应为4Ag-4e^-=4Ag⁺；阴极电极反应为4Ag⁺+4e^-=4Ag；依据电子守恒计算得到，由左到右碳-碳-铁-银四个是极上析出或溶解物质的物质的量之比是2：1：4：4，
故答案为：2：1：4：4．

点评 本题考查了常见氧化剂与还原剂、氧化还原反应计算和对工艺流程的理解、阅读题目获取信息的能力、电解池原理的应用等，关键是弄清过程和步骤的目的，理解信息和物质性质，（4）主要是电极判断，电极反应，电极产物的分析判断，电子守恒的计算应用，题目难度中等．