Question

10．高錳酸鉀可用于生活消毒，是中學(xué)化學(xué)常見的氧化劑．工業(yè)上，用軟錳礦制高錳酸鉀的流程如下：

請回答下列問題：
（1）該生產(chǎn)中需要純凈的CO₂氣體．寫出實驗室制取CO₂的化學(xué)方程式CaCO₃+2HCl═CaCl₂+H₂O+CO₂↑．
（2）KMnO₄稀溶液是一種常用的消毒劑．其消毒原理與下列物質(zhì)相同的是bd（填字母）．
a．75%酒精    b．雙氧水    c．苯酚    d． 84消毒液（NaClO溶液）
（3）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(xué)反應(yīng)的方程式：2MnO₂+4KOH+O₂ $\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2K₂MnO₄+2H₂O．
（4）上述流程中可以循環(huán)使用的物質(zhì)有KOH、MnO₂（寫化學(xué)式）．
（5）測定高錳酸鉀樣品純度采用硫酸錳滴定：向高錳酸鉀溶液中滴加硫酸錳溶液，產(chǎn)生黑色沉淀．當(dāng)溶液由紫紅色剛好褪色且半分鐘不恢復(fù)，表明達(dá)到滴定終點(diǎn)．寫出該反應(yīng)的離子方程式：2MnO₄^-+3Mn²⁺+2H₂O═5MnO₂↓+4H⁺．
（6）已知：常溫下，K_sp[Mn（OH）₂]=2.4×10^-13．工業(yè)上，調(diào)節(jié)pH可以沉淀廢水中Mn²⁺，當(dāng)pH=10時，溶液中c（Mn²+）=2.4×10^-5mol/L．
（7）操作Ⅰ的名稱是過濾；操作Ⅱ根據(jù)KMnO₄和K₂CO₃兩物質(zhì)在溶解性上的差異，采用濃縮結(jié)晶（填操作步驟）、趁熱過濾得到KMnO₄粗晶體．

Answer 1

分析 將MnO₂和KOH粉碎，目的是增大反應(yīng)物的接觸面積，加快反應(yīng)速率，然后將混合物熔融并通入空氣，根據(jù)流程圖知，二者反應(yīng)生成K₂MnO₄，根據(jù)元素守恒知還生成H₂O，K₂MnO₄和CO₂反應(yīng)生成KMnO₄、K₂CO₃、MnO₂，KMnO₄、K₂CO₃易溶于水而MnO₂難溶于水，將KMnO₄、K₂CO₃、MnO₂溶于水然后過濾得到KMnO₄、K₂CO₃混合溶液，再根據(jù)KMnO₄、K₂CO₃溶解度差異采用濃縮結(jié)晶、趁熱過濾得到KMnO₄粗晶體，母液中含有K₂CO₃，加入CaO，發(fā)生反應(yīng)K₂CO₃+CaO+H₂O=CaCO₃↓+2KOH，從而得到KOH，
（1）實驗室利用碳酸鈣與鹽酸反應(yīng)制二氧化碳；
（2）KMnO₄有強(qiáng)氧化性，消毒原理與84消毒液、雙氧水一樣；
（3）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)；
（4）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，根據(jù)流程圖可知循環(huán)的物質(zhì)；
（5）向高錳酸鉀溶液中滴加硫酸錳溶液，產(chǎn)生黑色沉淀二氧化錳，根據(jù)元素守恒和電荷守恒書寫離子方程式；
（6）根據(jù)Ksp[Mn（OH）₂]=c（Mn²⁺）•c²（OH^-），可計算出c（Mn^2-）；
（7）將KMnO₄、K₂CO₃、MnO₂溶于水然后過濾得到KMnO₄、K₂CO₃混合溶液，再根據(jù)KMnO₄、K₂CO₃溶解度差異采用濃縮結(jié)晶、趁熱過濾得到KMnO₄粗晶體．

解答 解：（1）實驗室利用碳酸鈣與鹽酸反應(yīng)制二氧化碳，反應(yīng)的方程式為CaCO₃+2HCl═CaCl₂+H₂O+CO₂↑，
故答案為：CaCO₃+2HCl═CaCl₂+H₂O+CO₂↑；
（2）KMnO₄有強(qiáng)氧化性，利用其強(qiáng)氧化性殺菌消毒，消毒原理與84消毒液、雙氧水一樣，故選bd，
故答案為：bd；
（3）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{\;高溫\;}}{\;}$2K₂MnO₄+2H₂O，
故答案為：2MnO₂+4KOH+O₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2K₂MnO₄+2H₂O；
（3）由工藝流程轉(zhuǎn)化關(guān)系可知，向K₂MnO₄溶液中通入CO₂制備KMnO₄、還生成K₂CO₃、MnO₂，反應(yīng)只有Mn元素的化合價發(fā)生變化，由+6價降低為+4價，由+6價升高為+7價，所以K₂MnO₄既是氧化劑又是還原劑，故答案為；K₂MnO₄；
（4）制備中利用的原料，在轉(zhuǎn)化過程中又生成的可以循環(huán)利用．由轉(zhuǎn)化關(guān)系圖知，除石灰、二氧化碳外，K₂MnO₄溶液中通入CO₂以制備KMnO₄生成的MnO₂及最后由母液加入石灰生成的KOH，會在MnO₂、KOH的熔融制備K₂MnO₄中被循環(huán)利用，
故答案為：KOH；MnO₂；
（5）向高錳酸鉀溶液中滴加硫酸錳溶液，產(chǎn)生黑色沉淀二氧化錳，反應(yīng)的離子方程式為2MnO₄^-+3Mn²⁺+2H₂O═5MnO₂↓+4H⁺，
故答案為：2MnO₄^-+3Mn²⁺+2H₂O═5MnO₂↓+4H⁺；
（6）當(dāng)pH=10時，c²（OH^-），c（OH^-）=1×10^-4 mol/L，根據(jù)Ksp[Mn（OH）₂]=c（Mn²⁺）•c²（OH^-），可知c（Mn^2-）=$\frac{Ksp（Mn（OH）_{2}）}{{c}^{2}（O{H}^{-}）}$=$\frac{2.4×1{0}^{-13}}{（1×1{0}^{-4}）^{2}}$=2.4×10^-5mol/L，
故答案為：2.4×10^-5mol/L；
（7）將KMnO₄、K₂CO₃、MnO₂溶于水然后過濾得到KMnO₄、K₂CO₃混合溶液，所以操作Ⅰ為過濾，再根據(jù)KMnO₄、K₂CO₃溶解度差異采用濃縮結(jié)晶、趁熱過濾得到KMnO₄粗晶體，
故答案為：過濾； 濃縮結(jié)晶．

點(diǎn)評 本題考查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，題目難度中等，需要學(xué)生具有扎實的基礎(chǔ)知識與靈活運(yùn)用知識解決問題的能力．