Question

10．高锰酸钾可用于生活消毒，是中学化学常见的氧化剂．工业上，用软锰矿制高锰酸钾的流程如下（部分条件和产物省略）：

请回答下列问题：
（1）提高锰酸钾浸出率（浸出锰酸钾质量与固体总质量之比）的措施有增大硫酸浓度、升高温度、边加硫酸边搅拦、增加浸出时间等．
（2）写出二氧化锰和氢氧化钾熔融物中通入空气时发生的主要化学反应的方程式：2MnO₂+4KOH+O₂ $\frac{\underline{\;熔融\;}}{\;}$2K₂MnO₄+2H₂O．
（3）从经济性考虑试剂X宜选择（填名称）：石灰乳（或生石灰）．上述流程中，设计步骤IV和V的目的是循环利用二氧化锰、氢氧化钾，提高原料利用率．
（4）以惰性材料为电极，采用电解锰酸钾溶液的方法完成步骤III转化．
①阳极反应式为MnO₄^2--e^-=MnO₄^-．
②电解过程中，阴极附近电解质溶液的pH将增大（填：增大、减小或不变）．
（5）测定高锰酸钾样品纯度：向高锰酸钾溶液中滴定硫酸锰溶液，产生黑色沉淀．当溶液由紫红色刚好褪色且半分钟不变色，表明达到滴定终点．写出离子方程式：2MnO₄^-?+3Mn²⁺+2H₂O=5MnO₂↓+4H⁺．
（6）已知：常温下，Ksp[Mn（OH）₂]=2.0×10^-13．工业上，调节pH沉淀废水中Mn²⁺，当pH=10时，溶液中c（Mn^2）=2.0×10^-5mol/L．

Answer 1

分析 软锰矿的主要成分为MnO₂，由工艺流程转化关系可知，MnO₂、KOH的熔融混合物中通入空气时发生反应生成K₂MnO₄，向K₂MnO₄溶液中通入CO₂制备KMnO₄、还生成K₂CO₃、MnO₂，通过过滤，分离出二氧化锰，滤液中含KMnO₄和K₂CO₃，根据KMnO₄和K₂CO₃在溶解性上不同采用蒸发结晶的方式可分离出高锰酸钾和碳酸钾，对粗高锰酸钾进行重结晶、干燥得到纯净的高锰酸钾；向碳酸钾溶液中加入石灰生成碳酸钙和氢氧化钾，据此答题．

解答 解：软锰矿的主要成分为MnO₂，由工艺流程转化关系可知，MnO₂、KOH的熔融混合物中通入空气时发生反应生成K₂MnO₄，向K₂MnO₄溶液中通入CO₂制备KMnO₄、还生成K₂CO₃、MnO₂，通过过滤，分离出二氧化锰，滤液中含KMnO₄和K₂CO₃，根据KMnO₄和K₂CO₃在溶解性上不同采用蒸发结晶的方式可分离出高锰酸钾和碳酸钾，对粗高锰酸钾进行重结晶、干燥得到纯净的高锰酸钾；向碳酸钾溶液中加入石灰生成碳酸钙和氢氧化钾，
（1）从浓度、温度等影响化学反应速率的角度可知，提高浸出率，可增大硫酸浓度、升高温度、边加硫酸边搅拦、增加浸出时间等，
故答案为：增大硫酸浓度、升高温度、边加硫酸边搅拦、增加浸出时间等；
（2）由工艺流程转化关系可知，MnO₂、KOH的熔融混合物中通入空气时发生反应生成K₂MnO₄，根据元素守恒还应生成水．反应中锰元素由+4价升高为+6价，总升高2价，氧元素由0价降低为-2价，总共降低4价，化合价升降最小公倍数为4，所以MnO₂系数2，O₂系数为1，根据锰元素守恒确定K₂MnO₄系数为2，根据钾元素守恒确定KOH系数为4，根据氢元素守恒确定H₂O系数为2，所以反应化学方程式为2MnO₂+4KOH+O₂ $\frac{\underline{\;熔融\;}}{\;}$2K₂MnO₄+2H₂O，
故答案为：2MnO₂+4KOH+O₂ $\frac{\underline{\;熔融\;}}{\;}$2K₂MnO₄+2H₂O；
（3）试剂X是将碳酸钾反应生成氢氧化钾，所以从经济性考虑试剂X宜选择石灰乳（或生石灰），上述流程中，步骤IV和V都是物质循环利用，其目的是循环利用二氧化锰、氢氧化钾，提高原料利用率，
故答案为：石灰乳（或生石灰）；循环利用二氧化锰、氢氧化钾，提高原料利用率；
（4）电解锰酸钾溶液时，阳极上锰酸根离子失电子生成高锰酸根离子，电极反应式为MnO₄^2--e^-=MnO₄^-，阴极上水得电子生成氢气和氢氧根离子，电极反应为2H₂O+2e^-=H₂↑+2OH^-，则阴极溶液的pH增大，
故答案为：①MnO₄^2--e^-=MnO₄^-；②增大；
（5）用高锰酸钾溶液滴定硫酸锰溶液，产生黑色沉淀，发生反应的离子方程式为2MnO₄^-?+3Mn²⁺+2H₂O=5MnO₂↓+4H⁺，
故答案为：2MnO₄^-?+3Mn²⁺+2H₂O=5MnO₂↓+4H⁺；
（6）pH=10时c（OH^-）=10^-4mol/L，根据Ksp[Mn（OH）₂]=c²（OH^-）×c（Mn²⁺）可知，溶液中c（Mn^2）=$\frac{2.0×1{0}^{-13}}{（{1{0}^{-4}）}^{2}}$mol/L=2.0×10^-5mol/L，
故答案为：2.0×10^-5mol/L．

点评 本题考查常见氧化剂与还原剂、氧化还原反应、化学计算和对工艺流程的理解、阅读题目获取信息的能力等，解答本题时要充分理解图中提供的信息，只有理解了图中信息才能对问题做出正确的判断，题目难度中等．