Question

6．锰及其化合物间的转化如图1．

请回答下列问题：
（1）反应①发生的主要化学反应的方程式为：2MnO₂+4KOH+O₂ $\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2K₂MnO₄+2H₂O．反应③发生的主要化学反应的方程式为：3Mn₃O₄+8Al $\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$4Al₂O₃+9Mn．
（2）粗KMnO₄晶体中含有少量的K₂CO₃，检验其中的少量CO₃^2-用可溶性的钙盐或钡盐试剂；为了得到纯的KMnO₄晶体，操作Ⅲ的名称为重结晶．
（3）测定高锰酸钾样品纯度采用硫酸锰滴定：向高锰酸钾溶液中滴加硫酸锰溶液，产生黑色沉淀．当高锰酸钾溶液由紫红色刚好褪色且半分钟不恢复，表明达到滴定终点．写出该反应的离子方程式：2MnO₄-+3Mn²⁺+2H₂O=5MnO₂↓+4H⁺．
（4）已知：常温下，K_sp[Mn（OH）₂]=2.4×10^-13．工业上，调节pH可以沉淀废水中Mn²⁺，当pH=10时，溶液中c（Mn²⁺）=2.4×10^-5mol/L．
（5）如图2，用Fe、C作电极电解含MnO₄^-的污水，使之转化为沉淀除去．A电极是Fe（填“Fe”或“C”），污水中MnO₄^-转化为沉淀除去的离子方程式为5Fe²⁺+MnO₄^-+9OH^-+4H₂O=5Fe（OH）₃↓+Mn（OH）₂↓．

Answer 1

分析 将MnO₂和KOH粉碎混合，目的是增大反应物的接触面积，加快反应速率，然后将混合物熔融并通入空气，根据流程图知，二者反应生成K₂MnO₄，根据元素守恒知还生成H₂O，K₂MnO₄和CO₂反应生成KMnO₄、K₂CO₃、MnO₂，KMnO₄、K₂CO₃易溶于水而MnO₂难溶于水，将KMnO₄、K₂CO₃、MnO₂溶于水然后过滤得到KMnO₄、K₂CO₃混合溶液，再根据KMnO₄、K₂CO₃溶解度差异采用浓缩结晶、趁热过滤得到KMnO₄粗晶体，重结晶得到纯KMnO₄晶体，
（1）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，根据钾元素守恒确定KOH系数，根据氢元素守恒确定H₂O系数；反应③发生的主要化学反应是铝热反应，铝还原四氧化三锰得到金属锰；
（2）粗KMnO₄晶体中含有少量的K₂CO₃，检验其中的少量CO₃^2-用可溶性钡盐或钙盐检验；为了得到纯的KMnO₄晶体，粗晶体可以采取重结晶的方法提纯；
（3）向高锰酸钾溶液中滴加硫酸锰溶液，产生黑色沉淀二氧化锰，根据元素守恒和电荷守恒书写离子方程式；
（4）根据Ksp[Mn（OH）₂]=c（Mn²⁺）•c²（OH^-），可计算出c（Mn^2-）；
（5）用Fe、C作电极电解含MnO₄^-的污水，需要还原剂，电解池中铁做阳极失电子生成亚铁离子，亚铁离子还原高锰酸根离子生成锰离子，在碱溶液中生成氢氧化锰．

解答 解：（1）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{\;高温\;}}{\;}$2K₂MnO₄+2H₂O，反应③发生的主要化学反应是铝热反应，铝还原四氧化三锰得到金属锰，反应的化学方程式为：3Mn₃O₄+8Al$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$ 4Al₂O₃+9Mn，
故答案为：2MnO₂+4KOH+O₂$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2K₂MnO₄+2H₂O；3Mn₃O₄+8Al$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$ 4Al₂O₃+9Mn；
（2）粗KMnO₄晶体中含有少量的K₂CO₃，检验其中的少量CO₃^2-用可溶性的钙盐或钡盐，溶解后加入钡盐或钙盐生成白色沉淀，为了得到纯的KMnO₄晶体，操作Ⅲ是粗晶体提纯，操作的名称为重结晶，
故答案为：可溶性的钙盐或钡盐均可；重结晶；
（3）向高锰酸钾溶液中滴加硫酸锰溶液，产生黑色沉淀二氧化锰，反应的离子方程式为2MnO₄^-+3Mn²⁺+2H₂O═5MnO₂↓+4H⁺，
故答案为：2MnO₄^-+3Mn²⁺+2H₂O═5MnO₂↓+4H⁺；
（4）当pH=10时，c²（OH^-），c（OH^-）=1×10^-4 mol/L，根据Ksp[Mn（OH）₂]=c（Mn²⁺）•c²（OH^-），可知c（Mn^2-）=$\frac{Ksp（Mn（OH）_{2}）}{{c}^{2}（O{H}^{-}）}$=$\frac{2.4×1{0}^{-13}}{（1×1{0}^{-4}）^{2}}$=2.4×10^-5mol/L，
故答案为：2.4×10^-5mol/L；
（5）用Fe、C作电极电解含MnO₄^-的污水，需要还原剂，电解池中铁做阳极失电子生成亚铁离子，亚铁离子还原高锰酸根离子生成锰离子，在碱溶液中生成氢氧化锰，反应的离子方程式为：5Fe²⁺+MnO₄-+9OH^-+4H₂O=5Fe（OH）₃↓+Mn（OH）₂↓，
故答案为：Fe； 5Fe²⁺+MnO₄-+9OH^-+4H₂O=5Fe（OH）₃↓+Mn（OH）₂↓．

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、电解池原理、溶度积常数计算等，题目难度中等，需要学生具有扎实的基础知识与灵活运用知识解决问题的能力．