Question

KMnO₄是一種重要的氧化劑，廣泛用于化學(xué)分析和化工生產(chǎn)．工業(yè)上可由軟錳礦（主要成分為MnO₂）制備，方法如下：
①將軟錳礦和KOH（s）的混合物于空氣中加熱熔融，得到K₂MnO₄；
②用水溶解，濾去殘渣，酸化濾液，K₂MnO₄轉(zhuǎn)化為MnO₂和KMnO₄；
③除去MnO₂，濃縮結(jié)晶得到KMnO₄晶體．
（1）下列各組物質(zhì)能用酸性KMnO₄溶液鑒別的是

 

．
A．FeSO₄溶液和MgSO₄溶液
B．CH₃COOH溶液和H₂C₂O₄溶液
C．SO₂和CO₂
D．SiO₂和Al₂O₃
（2）用軟錳礦制備K₂MnO₄的化學(xué)方程式是

 

．
（3）步驟③中除去MnO₂的操作名稱是

 

．
（4）第②步反應(yīng)的理論產(chǎn)率為

 

．
（5）電解法克服了上述過程理論產(chǎn)率偏低的問題，同時副產(chǎn)品KOH可用于軟錳礦的焙燒．電解法制備高錳酸鉀的實驗裝置示意圖如圖（圖中陽離子交換膜只允許K⁺離子通過）：
①陽極的電極反應(yīng)式為

 

．
②陰極區(qū)生成KOH的原因是

 

．
③若電解開始時陽極區(qū)溶液為1.0L 0.40mol/L K₂MnO₄溶液，電解一段時間后，溶液中n（K）/n（Mn）為6：5，陰極區(qū)生成KOH的質(zhì)量為

 

．（計算結(jié)果保留3位有效數(shù)字）

Answer 1

考點：電解原理,制備實驗方案的設(shè)計

專題：

分析：（1）根據(jù)酸性KMnO₄溶液具有強氧化性判斷；
（2）MnO₂、KOH的熔融混合物中通入空氣時發(fā)生反應(yīng)生成K₂MnO₄，根據(jù)元素守恒還應(yīng)生成水．反應(yīng)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)，根據(jù)鉀元素守恒確定KOH系數(shù)，根據(jù)氫元素守恒確定H₂O系數(shù)；
（3）根據(jù)MnO₂不溶于水分析除去MnO₂的操作名稱；
（4）由酸化濾液，K₂MnO₄轉(zhuǎn)化為MnO₂和KMnO₄，反應(yīng)為3MnO₄^2-+4H⁺═MnO₂↓+2MnO₄^-+2H₂O，據(jù)此計算；
（5）①根據(jù)陽極失電子發(fā)生氧化反應(yīng)書寫電極反應(yīng)式；
②根據(jù)陰極區(qū)反應(yīng)及其離子移動分析；
③根據(jù)陽極區(qū)反應(yīng)，結(jié)合題給數(shù)據(jù)計算陽極區(qū)的K⁺定向移動到陰極區(qū)的物質(zhì)的量，從而計算陰極區(qū)生成KOH的質(zhì)量．

解答： 解：（1）A．酸性KMnO₄溶液具有強氧化性可以氧化FeSO₄溶液而使酸性KMnO₄溶液退色，不氧化MgSO₄溶液，故A正確；
B．酸性KMnO₄溶液具有強氧化性可以氧化H₂C₂O₄溶液而使酸性KMnO₄溶液退色，不氧化CH₃COOH溶液，故B正確；
C．酸性KMnO₄溶液具有強氧化性可以氧化SO₂而使酸性KMnO₄溶液退色，不氧化CO₂，故C正確；
D．酸性KMnO₄溶液與SiO₂和Al₂O₃都不反應(yīng)，故不能鑒別，故D錯誤；
故答案為：ABC；
（2）由信息可知，MnO₂、KOH的熔融混合物中通入空氣時發(fā)生反應(yīng)生成K₂MnO₄，根據(jù)元素守恒還應(yīng)生成水．反應(yīng)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(yīng)化學(xué)方程式為2MnO₂+4KOH+O₂

熔融  .

2K₂MnO₄+2H₂O，
故答案為：2MnO₂+4KOH+O₂

熔融  .

2K₂MnO₄+2H₂O；
（3）因為MnO₂不溶于水，則除去MnO₂的操作名稱為過濾，故答案為：過濾；
（4）由酸化濾液，K₂MnO₄轉(zhuǎn)化為MnO₂和KMnO₄，反應(yīng)為3MnO₄^2-+4H⁺═MnO₂↓+2MnO₄^-+2H₂O，據(jù)此則3MnO₄^2-生成2MnO₄^-，所以理論產(chǎn)率為

2

3

×100%=66.7%，故答案為：66.7%；
（5）①陽極失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，所以電極反應(yīng)式為MnO₄^2--e^-=MnO₄^-；故答案為：MnO₄^2--e^-=MnO₄^-；
②陰極區(qū)氫離子得電子發(fā)生還原反應(yīng)，電極反應(yīng)式為2H₂O+2e^-═2OH^-+H₂↑，所以生成氫氧根，又陽極區(qū)的K⁺定向移動到陰極區(qū)，所以陰極區(qū)生成KOH，故答案為：陰極區(qū)發(fā)生電極反應(yīng)2H₂O+2e^-═2OH^-+H₂↑，產(chǎn)生OH^-，在電流作用下，陽極區(qū)的K⁺定向移動到陰極區(qū)；
③根據(jù)陽極區(qū)反應(yīng)MnO₄^2--e^-=MnO₄^-，錳原子的物質(zhì)的量不變，所以仍為1.0L×0.40mol/L=0.4mol，電解一段時間后，溶液中n（K）/n（Mn）為6：5，所以反應(yīng)后n（K）=0.48mol，則陽極區(qū)的K⁺定向移動到陰極區(qū)的物質(zhì)的量為0.4mol×2-0.48mol=0.32mol，所以陰極生成KOH的物質(zhì)的質(zhì)量為0.32mol×56g/mol=17.9 g，
故答案為：17.9 g．

點評：本題考查化學(xué)反應(yīng)方程式的書寫及有關(guān)電解原理的應(yīng)用和計算，明確反應(yīng)物與生成物及物質(zhì)之間的關(guān)系是解答的關(guān)鍵，難度不大．