Question

12．高錳酸鉀可用于生活消毒，是中學化學常見的氧化劑．工業(yè)上，用軟錳礦制高錳酸鉀的流程如圖（部分條件和產(chǎn)物省略）：

請回答下列問題：
（1）寫出KOH的電子式．
（2）寫出二氧化錳和氫氧化鉀熔融物中通入空氣時發(fā)生的主要化學反應的方程式：2MnO₂+4KOH+O₂$\frac{\underline{\;熔融\;}}{\;}$2K₂MnO₄+2H₂O．
（3）從經(jīng)濟性考慮試劑X宜選擇（填名稱）：石灰乳（或生石灰）．上述流程中，設計步驟IV和V的目的是循環(huán)利用二氧化錳、氫氧化鉀，提高原料利用率．
（4）已知：常溫下，K_sp[Mn（OH）₂]=2.0×10^-13．工業(yè)上，調(diào)節(jié)pH沉淀廢水中Mn²⁺．當pH=10時，溶液中c（Mn²+）=2.0×10^-5mol•L^-1．
（5）測定高錳酸鉀樣品純度：向高錳酸鉀溶液中滴定硫酸錳溶液，產(chǎn)生黑色沉淀．當溶液由紫紅色剛好褪色且半分鐘不變色，表明達到滴定終點．寫出離子方程式：2MnO₄-+3Mn²⁺+2H₂O=5MnO₂↓+4H⁺．
（6）以惰性材料為電極，采用電解錳酸鉀溶液的方法完成步驟III轉(zhuǎn)化．
①陽極反應式為MnO₄^2--e^-=MnO₄^-．
②電解過程中，陰極附近電解質(zhì)溶液的pH將增大（填：增大、減小或不變）．

Answer 1

分析 軟錳礦的主要成分為MnO₂，由工藝流程轉(zhuǎn)化關系可知，MnO₂、KOH的熔融混合物中通入空氣時發(fā)生反應生成K₂MnO₄，向K₂MnO₄溶液中通入CO₂制備KMnO₄、還生成K₂CO₃、MnO₂，通過過濾，分離出二氧化錳，濾液中含KMnO₄和K₂CO₃，根據(jù)KMnO₄和K₂CO₃在溶解性上不同采用蒸發(fā)結晶的方式可分離出高錳酸鉀和碳酸鉀，對粗高錳酸鉀進行重結晶、干燥得到純凈的高錳酸鉀；向碳酸鉀溶液中加入石灰生成碳酸鈣和氫氧化鉀，據(jù)此分析．

解答 解：（1）KOH為離子化合物，由鉀離子和氫氧根離子構成，氫氧化鉀的電子式為：；
故答案為：；
（2）由工藝流程轉(zhuǎn)化關系可知，MnO₂、KOH的熔融混合物中通入空氣時發(fā)生反應生成K₂MnO₄，根據(jù)元素守恒還應生成水．反應中錳元素由+4價升高為+6價，總升高2價，氧元素由0價降低為-2價，總共降低4價，化合價升降最小公倍數(shù)為4，所以MnO₂系數(shù)2，O₂系數(shù)為1，根據(jù)錳元素守恒確定K₂MnO₄系數(shù)為2，根據(jù)鉀元素守恒確定KOH系數(shù)為4，根據(jù)氫元素守恒確定H₂O系數(shù)為2，所以反應化學方程式為：2MnO₂+4KOH+O₂$\frac{\underline{\;熔融\;}}{\;}$2K₂MnO₄+2H₂O；
故答案為：2MnO₂+4KOH+O₂$\frac{\underline{\;熔融\;}}{\;}$2K₂MnO₄+2H₂O；
（3）試劑X是將碳酸鉀反應生成氫氧化鉀，所以從經(jīng)濟性考慮試劑X宜選擇石灰乳（或生石灰），上述流程中，步驟IV和V都是物質(zhì)循環(huán)利用，其目的是循環(huán)利用二氧化錳、氫氧化鉀，提高原料利用率；
故答案為：石灰乳（或生石灰）；循環(huán)利用二氧化錳、氫氧化鉀，提高原料利用率；
（4）pH=10時c（OH^-）=10^-4mol/L，根據(jù)Ksp[Mn（OH）₂]=c²（OH^-）×c（Mn²⁺）可知，溶液中c（Mn^2）=$\frac{2.0×1{0}^{-13}}{（1{0}^{-4}）^{2}}$=2.0×10^-5mol•L^-1；
故答案為：2.0×10^-5mol•L^-1；
（5）用高錳酸鉀溶液滴定硫酸錳溶液，產(chǎn)生黑色沉淀，高錳酸根離子與錳離子發(fā)生價態(tài)歸中反應，發(fā)生反應的離子方程式為2MnO₄^-?+3Mn²⁺+2H₂O=5MnO₂↓+4H⁺；
故答案為：2MnO₄-+3Mn²⁺+2H₂O=5MnO₂↓+4H⁺；
（6）電解錳酸鉀溶液時，陽極上錳酸根離子失電子生成高錳酸根離子，電極反應式為MnO₄^2--e^-=MnO₄^-，陰極上水得電子生成氫氣和氫氧根離子，電極反應為2H₂O+2e^-=H₂↑+2OH^-，則陰極溶液的pH增大；
故答案為：①MnO₄^2--e^-=MnO₄^-②增大．

點評 本題考查常見氧化劑與還原劑、氧化還原反應、化學計算和對工藝流程的理解、閱讀題目獲取信息的能力等，難度中等，需要學生具有扎實的基礎知識與靈活運用知識解決問題的能力．