Question

3．由软锰矿（主要成分为MnO₂）制备KMnO₄的实验流程可表示如图1：

（1）操作Ⅱ的名称是过滤．
（2）可循环利用的物质MnO₂（填化学式）．
（3）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．
（4）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
（5）电解猛酸钾溶液也可以得到高锰酸钾，其阴极反应式为：2H₂O+2e^-=2OH^-+H₂↑如图2，b作负极，电解池的阳极反应式是MnO₄^2--e^-=MnO₄^-；若电解过程中收集到2.24L H₂ （标准状况），则得到高锰酸 钾31.6克．（提示：阴离子放电顺序Mn^2-₄＞OH^-）

Answer 1

分析 由流程可知，第一步，KOH和KClO₃与MnO₂反应，得到K₂MnO₄，从而可以写出反应方程式为6KOH+3MnO₂+KClO₃=3K₂MnO₄+KCl+3H₂O，然后加入水溶解分离可溶性物质，得到K₂MnO₄和KCl；第二步，将滤液酸化，得到高锰酸钾和二氧化锰，为一歧化反应，锰从+6变为+7和+4；反应方程式为3MnO₄^2-+4H⁺=2MnO₄^-+MnO₂+2H₂O，通过过滤分离MnO₂和高锰酸钾溶液，最终得到产品，整个过程中MnO₂可以循环利用．
（1）操作Ⅱ是固体和液体分离，利用过滤操作分离；
（2）流程中参与反应过程，最后又重新生成的物质可以循环使用；
（3）反应②3MnO₄^2-+4H⁺=2MnO₄^-+MnO₂+2H₂O，依据元素化合价变化分析，氧化产物是元素化合价升高的产物，元素化合价降低的产物为还原产物；
（4）因锰酸根和高锰酸根均具有强氧化性，不能使用盐酸酸化；
（5）由电流流向可知a为正极，铁为活性电极，这里没有参与反应，做阴极故与负极相连，阳极发生氧化反应，锰酸根失电子生成高锰酸根，根据电子得失守恒可以进行相关计算．

解答 解：由流程可知，第一步，KOH和KClO₃与MnO₂反应，得到K₂MnO₄，从而可以写出反应方程式为6KOH+3MnO₂+KClO₃=3K₂MnO₄+KCl+3H₂O，然后加入水溶解分离可溶性物质，得到K₂MnO₄和KCl；第二步，将滤液酸化，得到高锰酸钾和二氧化锰，为一歧化反应，锰从+6变为+7和+4；反应方程式为3MnO₄^2-+4H⁺=2MnO₄^-+MnO₂+2H₂O，通过过滤分离MnO₂和高锰酸钾溶液，最终得到产品，整个过程中MnO₂可以循环利用．
（1）操作Ⅱ是固体和液体分离，利用过滤操作分离，所以操作Ⅱ的名称是过滤，故答案为：过滤；
（2）流程中参与反应过程，最后又重新生成的物质可以循环使用，流程中KOH和KClO₃与MnO₂反应，将滤液酸化，得到高锰酸钾和二氧化锰，整个过程中MnO₂可以循环利用，故答案为：MnO₂；
（3）反应②为：3MnO₄^2-+4H⁺=2MnO₄^-+MnO₂+2H₂O，反应中锰元素化合价从+6变为+7和+4；得到氧化产物为MnO₄^-，还原产物为MnO₂，物质的量之比为2：1；
故答案为：2：1；
（4）因锰酸根和高锰酸根均具有强氧化性，盐酸中氯离子具有还原性，能被氧化，不能使用盐酸酸化，故答案为：A；
（5）装置图中的电流方向可知，铁为活性电极，这里没有参与反应，做阴极故与负极相连，b做负极，a为正极，石墨电极为阳极发生氧化反应，锰酸根失电子生成高锰酸根，电极反应为：MnO₄^2--e^-=MnO₄^-；根据电子得失守恒可以进行相关计算，若电解过程中收集到2.24L H₂ （标准状况），物质的量=$\frac{2.24L}{22.4L/mol}$=0.1mol，电极反应为：2H⁺+2e^-=H₂↑，结合电子守恒可知：
2MnO₄^-～2e^-～H₂，
2            1
0.2mol        0.1mol
得到高锰酸钾质量=0.2mol×158g/mol=31.6g；
故答案为：负；MnO₄^2--e^-=MnO₄^-；31.6．

点评 本题考查了物质制备流程分析判断，电解原理的分析应用，物质性质的理解应用和实验基本操作的掌握，工艺流程题解题的关键是要搞清楚加入什么物质，发生什么反应，如何分离等，通过分析，我们要能够将一个工艺的流程转化为物质的流程，题目难度中等．