Question

5．高錳酸鉀（KMnO₄）是一種常用氧化劑，主要用于化工、防腐及制藥工業(yè)等．以軟錳礦（主要成分為MnO₂）為原料生產(chǎn)高錳酸鉀的工藝路線如下：

請回答下列問題：
（1）原料軟錳礦與氫氧化鉀按1：1的比例在“烘炒鍋”中混配，混配前應(yīng)將軟錳礦粉碎，其作用是增大接觸面積，加快反應(yīng)速率．
（2）“平爐”中發(fā)生的化學(xué)方程式為2MnO₂+4KOH+O₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2K₂MnO₄+2H₂O，該條件下此反應(yīng)的△S＞0（選填“＜”、“=”或“＞”）．
（3）將K₂MnO₄轉(zhuǎn)化為KMnO₄的生產(chǎn)有兩種工藝：
①“CO₂歧化法”是傳統(tǒng)工藝，即在K₂MnO₄溶液中通入CO₂氣體，使體系呈中性或弱堿性，K₂MnO₄發(fā)生歧化反應(yīng)生成的含錳物質(zhì)有KMnO₄和MnO₂，該反應(yīng)的化學(xué)方程式為：3K₂MnO₄+4CO₂+2H₂O=2KMnO₄+MnO₂+4KHCO₃．
②“電解法”為現(xiàn)代工藝，即電解K₂MnO₄水溶液，若用惰性電極，陽離子交換膜電解槽電解時產(chǎn)品純度高，陰極室中加入電解質(zhì)溶液溶質(zhì)的化學(xué)式為KOH；電解時陽極發(fā)生的電極反應(yīng)為MnO₄^2--e^-=MnO₄^-．
③從陽極室的溶液得到產(chǎn)品的實驗操作是蒸發(fā)濃縮，冷卻結(jié)晶，過濾；與傳統(tǒng)工藝比較，現(xiàn)代工藝的優(yōu)點除產(chǎn)品純度高外還有原料利用率大．

Answer 1

分析 軟錳礦氫氧化鉀按的比例在“烘炒鍋”中混配，混配前應(yīng)將軟錳礦粉碎，提高反應(yīng)速率，加熱通入預(yù)熱的空氣，在“平爐”中發(fā)生反應(yīng)2MnO₂+4KOH+O₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2K₂MnO₄+2H₂O，生成物質(zhì)水浸沉降析出晶體得到錳酸鉀，CO₂歧化法”是傳統(tǒng)工藝，即在K₂MnO₄溶液中通入CO₂氣體，使體系呈中性或弱酸性，K₂MnO₄發(fā)生歧化反應(yīng)，反應(yīng)中生成KMnO₄，MnO₂和KHCO₃，“電解法”為現(xiàn)代工藝，即電解K₂MnO₄水溶液，在電解槽中陽極，MnO₄^2-失去電子，發(fā)生氧化反應(yīng)，產(chǎn)生MnO₄^-，以此解答該題．

解答 解：（1）原料軟錳礦與氫氧化鉀按1：1的比例在“烘炒鍋”中混配，混配前應(yīng)將軟錳礦粉碎，其作用是增大接觸面積加快反應(yīng)速率，提高原料利用率，
故答案為：增大接觸面積，加快反應(yīng)速率；
（2）流程分析可知平爐中發(fā)生的反應(yīng)是氫氧化鉀、二氧化錳和氧氣加熱反應(yīng)生成錳酸鉀和水，反應(yīng)的化學(xué)方程式為：2MnO₂+4KOH+O₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2K₂MnO₄+2H₂O，由反應(yīng)方程式可知參加反應(yīng)的氣體為氧氣，生成的氣體為水，則△S＞0，
故答案為：2MnO₂+4KOH+O₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2K₂MnO₄+2H₂O；＞；
 （3）①K₂MnO₄溶液中通入CO₂氣體，使體系呈中性或弱酸性，K₂MnO₄發(fā)生歧化反應(yīng)，根據(jù)元素守恒以及二氧化碳過量推測反應(yīng)生成KMnO₄，MnO₂和KHCO₃，方程式為3K₂MnO₄+4CO₂+2H₂O=2KMnO₄+MnO₂+4KHCO₃，故答案為：3K₂MnO₄+4CO₂+2H₂O=2KMnO₄+MnO₂+4KHCO₃；
②陰極，水電離產(chǎn)生的H⁺獲得電子變?yōu)闅錃庖莩�，電極反應(yīng)式是：2H₂O+2e^-=H₂↑+2OH^-，陰極生成KOH，在電解槽中陽極，MnO₄^2-失去電子，發(fā)生氧化反應(yīng)，產(chǎn)生MnO₄^-．電極反應(yīng)式是：MnO₄^2--e^-=MnO₄^-，
故答案為：KOH；MnO₄^2--e^-=MnO₄^-；
③陽極從溶液中得到高錳酸鉀，操作方法為蒸發(fā)濃縮，冷卻結(jié)晶，過濾，與傳統(tǒng)工藝比較，現(xiàn)代工藝的優(yōu)點除產(chǎn)品純度高外還有原料利用率大，
 故答案為：蒸發(fā)濃縮，冷卻結(jié)晶，過濾；原料利用率大．

點評 本題考查了物質(zhì)制備工藝流程的知識，為高頻考點，側(cè)重考查學(xué)生的分析能力和實驗?zāi)芰�，制備方案的過程分析和物質(zhì)性質(zhì)的理解應(yīng)用，特別是電解原理的熟練掌握，題目難度中等．