Question

【題目】高錳酸鉀常用作消毒劑、水質(zhì)凈化劑等。工業(yè)上用軟錳礦(主要含MnO2，還含有少量SiO2、Al2O3、Fe2O3等雜質(zhì))制備高錳酸鉀晶體的一種工藝流程如下：

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的系數(shù)比為________。采用對(duì)空氣加壓的方法可提高M(jìn)nO2的利用率。原因是__________________________。

(2)濾渣Ⅱ是________,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)由下圖可知，從濾液Ⅲ得到高錳酸鉀晶體需經(jīng)過________、________、洗滌等一系列操作。

(5)1t含MnO287%的軟錳礦，理論上最多可制得________tKMnO4晶體。

Answer 1

【答案】 2：1 加壓，增大了氧氣的濃度，反應(yīng)速率加快，使MnO2反應(yīng)更充分 Al(OH)3、H2SiO3 不易控制稀鹽酸的用量，過量的稀鹽酸會(huì)使Al(OH)3溶解(或酸性過強(qiáng)，會(huì)使K2MnO4過早發(fā)生歧化反應(yīng)) 3MnO42-+4CO2+2H2O=MnO2↓+2MnO4-+4HCO3- 蒸發(fā)結(jié)晶 趁熱過濾 1.58

【解析】分析整個(gè)流程，將軟錳礦主要成分MnO2與KOH混合在空氣中焙燒，冷卻得到固體物質(zhì)，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(yīng)含有K2SiO3，KAl(OH)4，K2MnO4等溶質(zhì)，濾渣I為Fe2O3；向?yàn)V液I中第一次通入CO2發(fā)生反應(yīng)，過濾得到濾渣Ⅱ和濾液Ⅱ，濾渣Ⅱ?yàn)?/span>Al(OH)3，H2SiO3；濾液Ⅱ含有KHCO3，K2MnO4等溶質(zhì)；向?yàn)V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KMnO4和KHCO3，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(shí)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(jià)升高2，O化合價(jià)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，配平后MnO2與O2的系數(shù)比為2:1；工業(yè)生產(chǎn)中采用對(duì)空氣加壓的方法提高MnO2利用率，用碰撞理論可以解釋為加壓增大了氧氣濃度使單位體積內(nèi)的活化分子數(shù)增加，有效碰撞數(shù)增多，反應(yīng)速率加快，使MnO2反應(yīng)更充分，故答案為：2：1；加壓增大了氧氣濃度，使單位體積內(nèi)的活化分子數(shù)增加，有效碰撞數(shù)增多，反應(yīng)速率加快，使MnO2反應(yīng)更充分；

(2)濾渣Ⅱ中含有的物質(zhì)有Al(OH)3，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(qiáng)，可溶解Al(OH)3，不易控制稀鹽酸的用量，溶液中便會(huì)再次混入Al3+，故答案為：Al(OH)3，H2SiO3；不易控制稀鹽酸的用量，過量的稀鹽酸會(huì)使Al(OH)3溶解；

(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(shí)發(fā)生歧化反應(yīng)生成MnO2和KMnO4，此時(shí)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-，故答案為：3MnO42-+4CO2+2H2O═MnO2↓+2MnO4-+4HCO3-；

(4)將濾液Ⅲ進(jìn)行一系列操作得KMnO4，此時(shí)溶液中還存在KHCO3，根據(jù)溶解度隨溫度變化的圖像分析，隨著溫度升高，二者溶解度均不斷增大，在40℃附近時(shí)二者溶解度相等，超過這一溫度時(shí)，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，故答案為：蒸發(fā)結(jié)晶；趁熱過濾；

(5)工業(yè)上按上述流程連續(xù)生產(chǎn)，含MnO287%的軟錳礦1噸，理論上第一步完全轉(zhuǎn)化為K2MnO4，第二步轉(zhuǎn)化為KMnO4時(shí)則是發(fā)生歧化反應(yīng)，由于歧化反應(yīng)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=1.58t，故答案為：1.58。