【題目】高錳酸鉀常用作消毒殺菌劑、水質(zhì)凈化劑等。某小組用軟錳礦(主要含MnO2,還含有少量SiO2Al2O3、Fe2O3等雜質(zhì))模擬工業(yè)制高錳酸鉀流程如下。試回答下列問題:

(1)配平焙燒時發(fā)生的化學反應方程式:_____MnO2_____ ______________O2________K2MnO4________H2O;

(2)濾渣Ⅱ的成分有________(化學式);第一次通CO2不能用稀鹽酸代替的原因是_______。

(3)第二次通入過量CO2生成MnO2的離子方程式為______________。

(4)將濾液Ⅲ進行一系列操作得KMnO4。由圖像可知,從濾液Ⅲ得到KMnO4需經(jīng)過______、________、洗滌等操作。

(5)工業(yè)上按上述流程連續(xù)生產(chǎn)。用含a%MnO2的軟錳礦1噸,理論上最多可制KMnO4________噸。(保留2位有效數(shù)字)

(6)利用電解法可得到更純的KMnO4。用惰性電極電解濾液Ⅱ。

①電解槽陽極反應式為________________。

②陽極還可能有氣體產(chǎn)生,該氣體是________。

【答案】2 4 KOH 1 2 2 Al(OH)3H2SiO3 稀鹽酸可溶解Al(OH)3,不易控制稀鹽酸的用量 3MnO42-4CO22H2OMnO2↓+2MnO4-4HCO3- 蒸發(fā)結晶 趁熱過濾 0.018a MnO42-eMnO4- O2

【解析】

分析整個流程,將軟錳礦主要成分MnO2KOH混合在空氣中焙燒,冷卻得到固體物質(zhì),將固體物質(zhì)溶于水過濾得到濾渣I和濾液I,濾液I中應含有K2SiO3,KAlOH4K2MnO4等溶質(zhì),濾渣IFe2O3;向濾液I中第一次通入CO2發(fā)生反應,過濾得到濾渣Ⅱ和濾液Ⅱ,濾渣Ⅱ為AlOH3,H2SiO3,濾液Ⅱ含有KHCO3,K2MnO4等溶質(zhì);向濾液Ⅱ中第二次通入過量CO2,再次過濾得到濾液Ⅲ和MnO2,則可以推斷濾液Ⅲ中含有KMnO4KHCO3,再經(jīng)過一系列操作得到較純的KMnO4,MnO2可以作為循環(huán)利用的物質(zhì)。

1)焙燒時MnO2KOH在空氣中O2的作用下反應得到K2MnO4H2O,反應為氧化還原反應,Mn化合價升高2O化合價降低2,根據(jù)電子轉移數(shù)守恒和元素配平方程式為2MnO24KOHO22K2MnO42H2O;

2)濾渣Ⅱ中含有的物質(zhì)有AlOH3,H2SiO3;第一次通CO2不能用稀鹽酸代替,這是由于稀鹽酸酸性較強,可溶解AlOH3,不易控制稀鹽酸的用量,溶液中便會再次混入Al3+;

3)第二次通入過量CO2生成MnO2,溶液中原先是K2MnO4,再第二次通入過量的CO2時發(fā)生歧化反應生成MnO2KMnO4,此時CO2被轉化為HCO3-,反應為氧化還原反應,則反應的離子方程式為:3MnO42-+4CO2+2H2OMnO2↓+2MnO4-+4HCO3-;

4)將濾液Ⅲ進行一系列操作得KMnO4,此時溶液中還存在KHCO3,根據(jù)溶解度隨溫度變化的圖象分析,隨著溫度升高,二者溶解度均不斷增大,在40℃附近時二者溶解度相等,超過這一溫度時,KHCO3溶解度不斷增大,KMnO4溶解度則增大較緩慢,所以從溶液中提取較純的KMnO4,需要蒸發(fā)結晶,趁熱過濾,洗滌等操作;

5)工業(yè)上按上述流程連續(xù)生產(chǎn),含MnO2a%的軟錳礦1噸,理論上第一步完全轉化為K2MnO4,第二步轉化為KMnO4時則是發(fā)生歧化反應,由于歧化反應產(chǎn)物得到MnO2可以循環(huán)使用,所以理論最多產(chǎn)量則是根據(jù)Mn元素守恒完全生成KMnO4的量,為=0.018at

6)①電解池陽極發(fā)生氧化反應,用惰性電極點解濾液Ⅱ,濾液Ⅱ中含有MnO42-,電解轉化為MnO4-,則陽極的電極反應為:MnO42--e-MnO4-;

②陽極還可以發(fā)生電解水的相關反應,產(chǎn)生O2,發(fā)生的電極反應有2H2O-4e-O2↑+4H+。

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D.圖乙中t2時刻發(fā)生改變的條件可能是增大CO2的濃度

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