Question

7．高錳酸鉀是錳的重要化合物和常用的氧化劑．以下是工業(yè)上用軟錳礦（主要成份MnO₂）制備高錳酸鉀的流程圖．
（1）軟錳礦粉碎的目的增大反應(yīng)物接觸面積，加快反應(yīng)速率，使反應(yīng)物反應(yīng)完全．軟錳礦、KOH混合物在空氣加熱熔融反應(yīng)生成K₂MnO₄的化學(xué)方程式為：
2MnO₂+O₂+4KOH═2K₂MnO₄+2H₂O．
（2）以上生產(chǎn)流程中可循環(huán)利用的物質(zhì)是Ca（OH）₂、CO₂、KOH、MnO₂．工業(yè)上用上述原理生產(chǎn)KMnO₄方法產(chǎn)率較低，較好的制備方法是電解法．用Pt作陽極，F(xiàn)e作陰極，電解K₂MnO₄溶液，陽極的電極反應(yīng)式為MnO₄^2--e ^-=MnO₄^-．
（3）KMnO₄是一種較穩(wěn)定的化合物，但日光對KMnO₄溶液的分解有催化作用，生成MnO₂、KOH和O₂．而 MnO₂也是該分解反應(yīng)的一種催化劑，請你設(shè)計一個實驗方案，驗證MnO₂對該分解反應(yīng)具有催化性．簡述實驗操作、現(xiàn)象及相關(guān)結(jié)論：取兩份等體積、等濃度的KMnO₄溶液，在同樣條件下，只在其中一份中加入少量MnO₂，觀察溶液紫紅色褪去的快慢．

Answer 1

分析 （1）將軟錳礦盡可能粉碎會增大反應(yīng)物的接觸面積，反應(yīng)速度加快；由工藝流程轉(zhuǎn)化關(guān)系可知，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)，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)；
（2）根據(jù)流程分析可知：在開始的反應(yīng)物和最終的生成物中都含有MnO₂和KOH，所以二氧化錳和氫氧化鉀能循環(huán)使用；用Pt作陽極，F(xiàn)e作陰極，電解K₂MnO₄溶液，陽極上發(fā)生失電子的氧化反應(yīng)，據(jù)此回答；
（3）根據(jù)MnO₂對分解反應(yīng)具有催化性的特點，可以設(shè)計對照試驗來驗證．

解答 解：（1）將大量礦石盡可能粉碎會增大反應(yīng)物的接觸面積，反應(yīng)速度加快；由工藝流程轉(zhuǎn)化關(guān)系可知，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 $\frac{\underline{\;熔融\;}}{\;}$2K₂MnO₄+2H₂O，
故答案為：增大反應(yīng)物接觸面積，加快反應(yīng)速率，使反應(yīng)物反應(yīng)完全；2MnO₂+4KOH+O₂ $\frac{\underline{\;熔融\;}}{\;}$2K₂MnO₄+2H₂O；
（2）制備中利用的原料，在轉(zhuǎn)化過程中又生成的可以循環(huán)利用．由轉(zhuǎn)化關(guān)系圖知，除石灰、二氧化碳外，K₂MnO₄溶液中通入CO₂以制備KMnO₄生成的MnO₂及最后由母液加入石灰生成的KOH，會在MnO₂、KOH的熔融制備K₂MnO₄中被循環(huán)利用，用Pt作陽極，F(xiàn)e作陰極，電解K₂MnO₄溶液，陽極上發(fā)生失電子的氧化反應(yīng)MnO₄^2--e ^-=MnO₄^-；
故答案為：KOH；MnO₂；MnO₄^2--e ^-=MnO₄^-；
（3）日光對KMnO₄溶液的分解有催化作用，生成MnO₂、KOH和O₂，MnO₂也是該分解反應(yīng)的一種催化劑，為驗證二氧化錳的催化劑作用，可以取兩份等體積、等濃度的KMnO₄溶液，在同樣條件下，只在其中一份中加入少量MnO₂，另一份不加二氧化錳，通過觀察溶液紫紅色褪去的快慢，來確定實驗結(jié)論，
故答案為：取兩份等體積、等濃度的KMnO₄溶液，在同樣條件下，只在其中一份中加入少量MnO₂，觀察溶液紫紅色褪去的快慢．

點評 本題考查物質(zhì)的制備，為高頻考點，側(cè)重于學(xué)生的分析能力的考查，題目注重常見氧化劑與還原劑、氧化還原反應(yīng)、化學(xué)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(xué)生具有扎實的基礎(chǔ)知識與靈活運用知識解決問題的能力．