Question

【題目】KMnO4是一種常見的強(qiáng)氧化劑，主要用于防腐、化工、制藥等。現(xiàn)以某種軟錳礦（主要成分MnO2，還有Fe2O3、Al2O3、SiO2等）作脫硫劑，通過如下簡(jiǎn)化流程既脫除燃煤尾氣中的SO2，又制得KMnO4（反應(yīng)條件已經(jīng)省略）。

已知：Ksp[Fe(OH)3]＝4×10-38，Ksp[Al(OH)3]＝1×10-33�；卮鹣铝袉栴}：

（1）K2MnO4中Mn的化合價(jià)為___________。

（2）濾渣A的成分是_________，析出沉淀B時(shí)，首先析出的物質(zhì)是_________。

（3）步驟2中加入MnCO3的作用為_______________。

（4）濾液C中加入KMnO4時(shí)發(fā)生反應(yīng)的離子方程式是_________________。

（5）步驟4中反應(yīng)的化學(xué)方程式是_______________。

（6）電解制備KMnO4的裝置如圖所示。b與電源的______極相連，電解液中最好選擇_______離子交換膜（填“陽(yáng)”或“陰”）。電解時(shí)，陽(yáng)極的電極反應(yīng)式為_________。

Answer 1

【答案】+6 SiO2(或二氧化硅) Fe(OH)3(或氫氧化鐵) 調(diào)節(jié)溶液的pH，促進(jìn)Fe3+、Al3+水解以沉淀形式除去 3Mn2+＋2MnO4-＋2H2O=5MnO2↓＋4H+ 3MnO2＋KClO3＋6KOH=3K2MnO4＋KCl＋3H2O 負(fù) 陽(yáng) MnO42--e-=MnO4-

【解析】

SO2能與MnO2、稀H2SO4反應(yīng)生成MnSO4，F(xiàn)e2O3、Al2O3溶于稀H2SO4，SiO2不溶，得到的濾渣A是SiO2。濾液中含有稀H2SO4、Fe2(SO4)3、Al2(SO4)3和MnSO4，用MnCO3能除去溶液中Al3+和Fe3+，沉淀B為Al(OH)3、Fe(OH)3，濾液中含有MnSO4，向?yàn)V液C中加入KMnO4溶液得到MnO2，MnO2和KClO3、KOH反應(yīng)得到K2MnO4，K2MnO4溶于水后電解得到KMnO4。

(1) K2MnO4中K元素為+1價(jià)、O元素為-2價(jià)，根據(jù)化合價(jià)的代數(shù)和為0，判斷Mn元素化合價(jià)；

(2)A為未反應(yīng)的SiO2；溶度積常數(shù)小的首先生成沉淀；

(3) MnCO3能和H+反應(yīng)而調(diào)節(jié)溶液的pH；

(4) KMnO4和Mn2+反應(yīng)生成MnO2沉淀；

(5)根據(jù)反應(yīng)物、生成物和反應(yīng)條件書寫方程式；

(6)電解制備KMnO4時(shí)，MnO42-失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，在陽(yáng)極上反應(yīng)，a為陽(yáng)極、b為陰極，陽(yáng)極連接原電池正極、陰極連接原電池負(fù)極，陽(yáng)極附近生成K2MnO4，導(dǎo)致K+有剩余；電解時(shí)陽(yáng)極反應(yīng)式為：MnO42--e-═MnO4-。

SO2能與MnO2、稀H2SO4反應(yīng)生成MnSO4，F(xiàn)e2O3、Al2O3溶于稀H2SO4，SiO2不溶，則得到的濾渣A是SiO2，濾液中含有稀H2SO4、硫酸鐵、硫酸鋁和硫酸錳，用MnCO3能除去溶液中Al3+和Fe3+，沉淀B為氫氧化鋁、氫氧化鐵沉淀，濾液中含有硫酸錳，向?yàn)V液C中加入KMnO4溶液得到MnO2，MnO2和KClO3、KOH反應(yīng)得到K2MnO4，K2MnO4溶于水后電解得到KMnO4。

(1)在K2MnO4中K元素為+1價(jià)，O元素為-2價(jià)，根據(jù)化合價(jià)的代數(shù)和為0，可判斷Mn元素化合價(jià)=2×4-1×2=+6；

(2)A為未反應(yīng)的SiO2；溶度積常數(shù)小的首先生成沉淀，由于Ksp[Fe(OH)3]=4×10-38＜Ksp[Al(OH)3]=1×10-33，所以Fe(OH)3先生成沉淀；

(3) MnCO3能和H+反應(yīng)，使溶液的酸性減弱，故可調(diào)節(jié)溶液的pH，促進(jìn)Fe3+、Al3+水解以Fe(OH)3、Al(OH)3形式沉淀除去；

(4) KMnO4和Mn2+反應(yīng)生成MnO2沉淀，離子方程式為3Mn2+＋2MnO4-＋2H2O=5MnO2↓＋4H+；

(5)根據(jù)反應(yīng)物、生成物結(jié)合反應(yīng)條件，步驟4的化學(xué)方程式為3MnO2+KClO3+6KOH═3K2MnO4+KCl+3H2O；

(6)電解法制備KMnO4時(shí)，MnO42-在陽(yáng)極上失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，a為陽(yáng)極、b為陰極，陽(yáng)極連接原電池正極、陰極連接原電池負(fù)極，則b連接負(fù)極；陽(yáng)極附近生成K2MnO4，導(dǎo)致鉀離子有剩余，b電極附近生成氫氧根離子，所以鉀離子通過交換膜進(jìn)入右側(cè)，則交換膜為陽(yáng)離子交換膜；電解時(shí)陽(yáng)極反應(yīng)式為：MnO42--e-=MnO4-。