Question

【题目】高锰酸钾[KMnO4]是常用的氧化剂．工业上以软锰矿（主要成分是MnO2）为原料制备高锰酸钾晶体．中间产物为锰酸钾[K2MnO4]．图1是实验室模拟制备的操作流程：

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①物质溶解度

物质	KMnO4	K2CO3	KHCO3	K2SO4	CH3COOK
20℃溶解度	6.4	111	33.7	11.1	217

②锰酸钾[K2MnO4]
外观性状：墨绿色结晶．其水溶液呈深绿色，这是锰酸根（MnO42﹣）的特征颜色．
化学性质：在强碱性溶液中稳定，在酸性、中性和弱碱性环境下，MnO42﹣会发生歧化反应．
试回答下列问题：
（1）煅烧软锰矿和KOH固体时，不采用石英坩埚而选用铁坩埚的理由是；
（2）实验时，若CO2过量会生成KHCO3 ， 导致得到的KMnO4产品的纯度降低．请写出实验中通入适量CO2时体系中可能发生反应离子方程式：；
其中氧化还原反应中氧化剂和还原剂的质量比为 ．
（3）由于CO2的通入量很难控制，因此对上述实验方案进行了改进，即把实验中通CO2改为加其他的酸．从理论上分析，选用下列酸中 ， 得到的产品纯度更高．
A.醋酸
B.浓盐酸
C.稀硫酸
（4）工业上采用惰性电极电解锰酸钾溶液制取高锰酸钾，试写出该电解反应的化学方程式提出改进方法：可用阳离子交换膜分隔两极区进行电解（如图）．图2中A口加入的溶液最好为 ． 使用阳离子交换膜可以提高Mn元素利用率的原因为 ．

Answer 1

【答案】
（1）高温下强碱会和瓷坩埚中的二氧化硅反应腐蚀坩埚
（2）3MnO42﹣+2CO2═2MnO4﹣+MnO2↓+2CO32﹣ ， 2OH﹣+CO2═CO32﹣+H2O；1：2
（3）A
（4）2K2MnO4+2H2O 2KMnO4+H2↑+2KOH；KOH溶液；阳离子交换膜防止锰酸根进入阴极区被还原
【解析】解：（1.）瓷坩埚中的二氧化硅和强碱反应，坩埚被腐蚀，加热软锰矿和KOH固体时，不采用瓷坩埚而选用铁坩埚，所以答案是：高温下强碱会和瓷坩埚中的二氧化硅反应腐蚀坩埚；
（2.）工艺流程可知，CO2使MnO42﹣发生歧化反应，生成MnO4﹣和MnO2 ， 根据元素守恒可知，会生成K2CO3 ， 若通入CO2太多，会生KHCO3 ， 滤液中含有KHCO3、KMnO4 ， 在加热浓缩时，会有KHCO3晶体和KMnO4晶体一起析出，实验中通入适量CO2时体系中可能发生反应离子方程式为：3MnO42﹣+2CO2═2MnO4﹣+MnO2↓+2CO32﹣ ， 2OH﹣+CO2═CO32﹣+H2O，其中氧化还原反应中氧化剂和还原剂都是高锰酸钾，所以氧化剂和还原剂的质量比即为反应的物质的量之比为1：2；所以答案是：3MnO42﹣+2CO2═2MnO4﹣+MnO2↓+2CO32﹣ ， 2OH﹣+CO2═CO32﹣+H2O；1：2；
（3.）因为盐酸具有还原性，易被高锰酸钾氧化，醋酸钾的溶解度比硫酸钾大的多，蒸发浓缩时基本上都会留在母液中，硫酸加入生成的硫酸钾溶解度小，会随KMnO4一起结晶析出得到的高锰酸钾中含有杂质；所以答案是：A；
（4.）惰性电极电解锰酸钾溶液制取高锰酸钾，锰酸根离子在阳极失电子生成高锰酸根离子，溶液中氢离子在阴极得到电子生成氢气，溶液中氢氧根离子浓度增大生成碱，电解反应的化学方程式为：2K2MnO4+2H2O 2KMnO4+H2↑+2KOH，阳离子交换膜分隔两极区进行电解锰酸钾溶液制取高锰酸钾，阳离子移向方向可知左边电极为阳极，右边冒气泡的电极为阴极，为维持电解质溶液电荷守恒，A处最好加入氢氧化钾溶液，使用阳离子交换膜可以提高Mn元素利用率是因为阳离子交换膜防止锰酸根进入阴极区被还原；所以答案是：2K2MnO4+2H2O 2KMnO4+H2↑+2KOH；KOH溶液；阳离子交换膜防止锰酸根进入阴极区被还原．