Question

15．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)上用軟錳礦制備高錳酸鉀的一種工藝流程：

（1）KMnO₄稀溶液是一種常用的消毒劑．其消毒原理與下列BD（填序號(hào)）物質(zhì)相似．
A.75%酒精      B．雙氧水    C．苯酚       D.84消毒液（NaClO溶液）
（2）鉍酸鈉（不溶于水）用于定性檢驗(yàn)酸性溶液中Mn²⁺的存在（鉍的還原產(chǎn)物為Bi³⁺，Mn的氧化產(chǎn)物為+7價(jià)），寫出反應(yīng)的離子方程式：2Mn²⁺+5NaBiO₃+14H⁺═2MnO₄^-+5Bi³⁺+5Na⁺+7H₂O．
（3）寫出MnO₂、KOH的熔融混合物中通入空氣時(shí)發(fā)生的主要反應(yīng)的化學(xué)方程式：2MnO₂+4KOH+O₂ $\frac{\underline{\;熔融\;}}{\;}$2K₂MnO₄+2H₂O．
（4）向K₂MnO₄溶液中通入CO₂以制備KMnO₄，該反應(yīng)中的還原劑是K₂MnO₄．
（5）寫出母液與石灰乳反應(yīng)制取KOH的離子方程式：CO₃^2-+Ca（OH）₂=CaCO₃+2OH^-．
（6）上述流程中可以循環(huán)使用的物質(zhì)有石灰、二氧化碳、KOH和MnO₂（寫化學(xué)式）．
（7）若不考慮物質(zhì)循環(huán)與制備過程中的損失，則1mol MnO₂可制得$\frac{2}{3}$ mol KMnO₄．

Answer 1

分析 二氧化錳與氫氧化鉀在空氣中熔融，加水溶解得到K₂MnO₄溶液，通入二氧化碳得到KMnO₄、MnO₂、K₂CO₃，過濾除去濾渣（MnO₂），濾液為KMnO₄、K₂CO₃溶液，濃縮結(jié)晶，趁熱過濾得到KMnO₄晶體，母液中含有K₂CO₃，在母液中加石灰乳（氫氧化鈣）得到碳酸鈣沉淀和KOH．
（1）KMnO₄具有強(qiáng)氧化性，以此進(jìn)行判斷；
（2）鉍酸鈉（不溶于水）在酸性溶液中與Mn²⁺反應(yīng)生成MnO₄^-和Bi³⁺；
（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(shí)發(fā)生反應(yīng)生成K₂MnO₄，根據(jù)元素守恒還應(yīng)生成水；
（4）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，所含元素化合價(jià)升高的反應(yīng)物是還原劑；
（5）母液中含有K₂CO₃，在母液中加石灰乳（氫氧化鈣）得到碳酸鈣沉淀和KOH；
（6）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；
（7）最初的原料中1mol MnO₂恰好得到1mol K₂MnO₄，根據(jù)3K₂MnO₄+2CO₂=2KMnO₄+2K₂CO₃+MnO₂計(jì)算．

解答 解：二氧化錳與氫氧化鉀在空氣中熔融，加水溶解得到K₂MnO₄溶液，通入二氧化碳得到KMnO₄、MnO₂、K₂CO₃，過濾除去濾渣（MnO₂），濾液為KMnO₄、K₂CO₃溶液，濃縮結(jié)晶，趁熱過濾得到KMnO₄晶體，母液中含有K₂CO₃，在母液中加氫氧化鈣得到碳酸鈣沉淀和KOH，
（1）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，
故答案為：BD；
（2）鉍酸鈉（不溶于水）在酸性溶液中與Mn²⁺反應(yīng)生成MnO₄^-和Bi³⁺，則反應(yīng)的離子方程式為：2Mn²⁺+5NaBiO₃+14H⁺═2MnO₄^-+5Bi³⁺+5Na⁺+7H₂O；
故答案為：2Mn²⁺+5NaBiO₃+14H⁺═2MnO₄^-+5Bi³⁺+5Na⁺+7H₂O；
（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(shí)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(jià)升高為+6價(jià)，總升高2價(jià)，氧元素由0價(jià)降低為-2價(jià)，總共降低4價(jià)，化合價(jià)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：2MnO₂+4KOH+O₂ $\frac{\underline{\;熔融\;}}{\;}$2K₂MnO₄+2H₂O；
（4）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(jià)發(fā)生變化，由+6價(jià)降低為+4價(jià)，由+6價(jià)升高為+7價(jià)，所以K₂MnO₄既是氧化劑又是還原劑，
故答案為：K₂MnO₄；
（5）母液中含有K₂CO₃，在母液中加石灰乳（氫氧化鈣）得到碳酸鈣沉淀和KOH，離子方程式為：CO₃^2-+Ca（OH）₂=CaCO₃+2OH^-，
故答案為：CO₃^2-+Ca（OH）₂=CaCO₃+2OH^-；
（6）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(huì)在MnO₂、KOH的熔融制備K₂MnO₄中被循環(huán)利用，
故答案為：KOH；MnO₂；
（7）由2MnO₂+4KOH+O₂ $\frac{\underline{\;熔融\;}}{\;}$2K₂MnO₄+2H₂O 可知最初的原料中1mol MnO₂恰好得到1mol K₂MnO₄，由3K₂MnO₄+2CO₂=2KMnO₄+2K₂CO₃+MnO₂知，1mol K₂MnO₄在反應(yīng)中能得到$\frac{2}{3}$molKMnO₄，
故答案為：$\frac{2}{3}$．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了物質(zhì)的制備實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)，涉及常見氧化劑與還原劑、氧化還原反應(yīng)、化學(xué)計(jì)算和對(duì)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(shí)的基礎(chǔ)知識(shí)與靈活運(yùn)用知識(shí)解決問題的能力．