Question

15．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：

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，其作用是增大反應(yīng)物接觸面積，加快反應(yīng)速率，提高原料利用率．
（2）“平爐”中發(fā)生的化學(xué)方程式為2MnO₂+4KOH+O₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2K₂MnO₄+2H₂O．
（3）“平爐”中需要加壓，其目的是提高氧氣的壓強(qiáng)，加快反應(yīng)速率，增加軟錳礦轉(zhuǎn)化率．
（4）將K₂MnO₄轉(zhuǎn)化為KMnO₄的生產(chǎn)有兩種工藝．
①“CO₂歧化法”是傳統(tǒng)工藝，即在K₂MnO₄溶液中通入CO₂氣體，使體系呈中性或弱酸性，K₂MnO₄發(fā)生歧化反應(yīng)，反應(yīng)中生成KMnO₄，MnO₂和KHCO₃（寫化學(xué)式）．
②“電解法”為現(xiàn)代工藝，即電解K₂MnO₄水溶液，電解槽中陽極發(fā)生的電極反應(yīng)為MnO₄^2--e^-=MnO₄^-
，陰極逸出的氣體是H₂．
③“電解法”和“CO₂歧化法”中，K₂MnO₄的理論利用率之比為3：2．
（5）高錳酸鉀純度的測(cè)定：稱取1.0800g樣品，溶解后定容于100mL容量瓶中，搖勻．取濃度為0.2000mol•L^-1的H₂C₂O₄標(biāo)準(zhǔn)溶液20.00mL，加入稀硫酸酸化，用KMnO₄溶液平行滴定三次，平均消耗的體積為24.48mL，該樣品的純度為$\frac{20.00×1{0}^{-3}×0.2000×\frac{2}{5}×\frac{100}{24.48}×158}{1.0800}$×100%（列出計(jì)算式即可，已知2MnO₄^-+5H₂C₂O₄+6H⁺=2Mn²⁺+10CO₂↑+8H₂O）．

Answer 1

分析 （1）固體混合粉碎目的是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；
（3）“平爐”中加壓能提高氧氣的壓強(qiáng)，加快反應(yīng)速率，增加軟錳礦轉(zhuǎn)化率；
（4）①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)，根據(jù)元素守恒以及二氧化碳過量推測(cè)反應(yīng)生成KMnO₄，MnO₂和KHCO₃；
②“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^-；在陰極，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^-；
③依據(jù)電解法方程式2K₂MnO₄+2H₂O$\frac{\underline{\;通電\;}}{\;}$2KMnO₄+2H₂↑+2KOH，可知K₂MnO₄的理論利用率是100%，而在二氧化碳歧化法反應(yīng)中3K₂MnO₄+2CO₂=2KMnO₄+MnO₂+K₂CO₃中K₂MnO₄的理論利用率是$\frac{2}{3}$；
（5）依據(jù)離子方程式2MnO₄^-+5H₂C₂O₄+6H⁺=2Mn²⁺+10CO₂↑+8H₂O可由n（H₂C₂O₄）計(jì)算出n（KMnO₄），進(jìn)而計(jì)算出樣品中的n（KMnO₄），然后可計(jì)算樣品的純度．

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：增大反應(yīng)物接觸面積，加快反應(yīng)速率，提高原料利用率；
（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=2K₂MnO₄+2H₂O，
故答案為：2MnO₂+4KOH+O₂=2K₂MnO₄+2H₂O；
（3）“平爐”中加壓能提高氧氣的壓強(qiáng)，加快反應(yīng)速率，增加軟錳礦轉(zhuǎn)化率．
故答案為：提高氧氣的壓強(qiáng)，加快反應(yīng)速率，增加軟錳礦轉(zhuǎn)化率；
（4）①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)，根據(jù)元素守恒以及二氧化碳過量推測(cè)反應(yīng)生成KMnO₄，MnO₂和KHCO₃；
故答案為：KHCO₃；
②“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^-．電極反應(yīng)式是：MnO₄^2--e^-=MnO₄^-；在陰極，水電離產(chǎn)生的H⁺獲得電子變?yōu)闅錃庖莩觯�電極反應(yīng)式是：2H₂O+2e^-=H₂↑+2OH^-；所以陰極逸出的氣體是H₂；總反應(yīng)方程式是：2K₂MnO₄+2H₂O$\frac{\underline{\;通電\;}}{\;}$2KMnO₄+2H₂↑+2KOH，
故答案為：MnO₄^2--e^-=MnO₄^-；H₂；
③依據(jù)電解法方程式2K₂MnO₄+2H₂O$\frac{\underline{\;通電\;}}{\;}$2KMnO₄+2H₂↑+2KOH，可知K₂MnO₄的理論利用率是100%，而在二氧化碳歧化法反應(yīng)中3K₂MnO₄+2CO₂=2KMnO₄+MnO₂+K₂CO₃中K₂MnO₄的理論利用率是$\frac{2}{3}$，所以二者的理論利用率之比為3：2，
故答案為：3：2；
（5）依據(jù)離子方程式2MnO₄^-+5H₂C₂O₄+6H⁺=2Mn²⁺+10CO₂↑+8H₂O
可知KMnO₄與草酸反應(yīng)的定量關(guān)系是2KMnO₄～5H₂C₂O₄，
n（H₂C₂O₄）=20.00×10^-3L×0.2000mol/L=20.00×10^-3×0.2000mol
n（KMnO₄）=20.00×10^-3×0.2000×$\frac{2}{5}$mol，
1.0800g樣品中n（KMnO₄）=20.00×10^-3×0.2000×$\frac{2}{5}$×$\frac{100}{24.48}$mol，
1.0800g樣品中m（KMnO₄）=20.00×10^-3×0.2000×$\frac{2}{5}$×$\frac{100}{24.48}$×158g，
樣品的純度=$\frac{20.00×1{0}^{-3}×0.2000×\frac{2}{5}×\frac{100}{24.48}×158}{1.0800}$×100%．
故答案為：$\frac{20.00×1{0}^{-3}×0.2000×\frac{2}{5}×\frac{100}{24.48}×158}{1.0800}$×100%．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了物質(zhì)制備工藝流程的知識(shí)．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、滴定實(shí)驗(yàn)的熟練掌握和計(jì)算應(yīng)用，掌握基礎(chǔ)是解題關(guān)鍵，題目難度中等．