Question

【題目】高錳酸鉀常用作消毒殺菌、水質(zhì)凈化劑等。某小組用軟錳礦(主要含MnO2，還含有少量SiO2、Al2O3、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）焙燒過程中發(fā)生的主要反應(yīng)為MnO2+KOH+O2K2MnO4+H2O，該反應(yīng)配平后MnO2與O2的化學(xué)計量數(shù)比為________。采用對空氣加壓的方法可以提高MnO2的利用率，原因是_________________。

（2）濾渣Ⅱ是________，第一次通CO2不能用稀硫酸代替的原因是_____________。

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

（4）由圖可知，從濾液Ⅲ得到KMnO4需經(jīng)過__________________、洗滌等操作。

Answer 1

【答案】2:1 加壓增大氧氣的濃度，反應(yīng)速率加快，使MnO2反應(yīng)更充分 Al(OH)3、H2SiO3 不易控制硫酸的用量，過量的硫酸會使 Al(OH)3溶解（或酸性過強會使K2MnO4過早歧化） 3MnO42- + 4CO2 + 2H2O = MnO2↓+ 2MnO4- + 4HCO3- 蒸發(fā)結(jié)晶，趁熱過濾

【解析】

軟錳礦主要成分MnO2與KOH混合在空氣中焙燒，冷卻得到固體物質(zhì)，溶于水過濾得到濾渣I和濾液I，濾液I中應(yīng)含有K2SiO3，KAl（OH）4、K2MnO4等溶質(zhì)，濾渣I為Fe2O3；向濾液I中第一次通入CO2與K2SiO3、KAl（OH）4發(fā)生反應(yīng)，過濾得到濾渣Ⅱ和濾液Ⅱ，濾渣Ⅱ為Al（OH）3、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，濾液Ⅲ中含有KMnO4和KHCO3，再經(jīng)過一系列操作得到較純的KMnO4，MnO2可以循環(huán)利用。

（1）焙燒時MnO2與KOH在空氣中O2的作用下反應(yīng)得到K2MnO4和H2O，反應(yīng)為氧化還原反應(yīng)，Mn化合價升高2，O化合價降低2，根據(jù)電子轉(zhuǎn)移數(shù)守恒，所以在MnO2前面配上2，O2前面配上1，根據(jù)Mn元素守恒，在K2MnO4前面配上系數(shù)2，再根據(jù)K元素守恒，在KOH前面配上4，最后根據(jù)H元素守恒，在H2O前面配上2，2MnO2+4KOH+O22K2MnO4+2H2O。該反應(yīng)配平后MnO2與O2的化學(xué)計量數(shù)比為2:1，采用對空氣加壓的方法可以提高MnO2的利用率，原因是加壓增大氧氣的濃度，反應(yīng)速率加快，使MnO2反應(yīng)更充分。

（2）濾渣Ⅱ是Al（OH）3、H2SiO3；，第一次通CO2不能用稀硫酸代替，這是由于稀硫酸酸性強，可溶解Al（OH）3，不易控制稀硫酸的用量，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，第二次通入過量的CO2時發(fā)生歧化反應(yīng)生成MnO2和KMnO4，此時CO2被轉(zhuǎn)化為HCO3－，反應(yīng)為氧化還原反應(yīng)，則反應(yīng)的離子方程式為：3MnO42－+4CO2+2H2O=MnO2↓+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(jié)晶，趁熱過濾，洗滌等操作。