Question

1．MnO₂與過量固體KOH和KClO₃在高溫下反應，生成錳酸鉀（K₂MnO₄）和KCl，K₂MnO₄溶液經酸化后轉化為MnO₂和KMnO₄．一種MnO₂制備KMnO₄的方法如下：

（1）寫出“溶化氧化”的化學反應方程式：3MnO₂+6KOH+KClO_{3$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$} 3K₂MnO₄+KCl+3H₂O；
（2）從溶液②中得到KMnO₄粗晶體的方法是蒸發(fā)濃縮，冷卻結晶，過濾；
（3）上述流程中可以循環(huán)使用的物質是MnO₂；
（4）理論上（若不考慮制備過程中的損失與物質循環(huán)）1mol MnO₂可制的$\frac{2}{3}$mol KMnO₄；
（5）已知293K時醋酸鉀的溶解度為217g，硫酸鉀的溶解度為11.1g，請解釋酸化過程中采用醋酸而不采用鹽酸或硫酸的原因：
①不采用鹽酸的原因：鹽酸具有還原性，高錳酸鉀具有氧化性會產生氯氣；
②不采用硫酸的原因：硫酸鉀溶解度低，在蒸發(fā)濃縮過程中容易析出而造成高錳酸鉀產品純度下降．
（6）采用上述流程制備KMnO₄產率并不高，為提高產率，還可以采用以下兩種方法：
①在K₂MnO₄溶液中通入氯氣，寫出該反應的離子方程式Cl₂+2MnO₄^2-=2MnO₄^-+2Cl^-；
②電解K₂MnO₄溶液，電解的總反應離子方程式為2MnO₄^2-+2H₂O$\frac{\underline{\;通電\;}}{\;}$2MnO₄^-+H₂↑+2OH^-．

Answer 1

分析 MnO₂與過量固體KOH和KClO₃在高溫下反應，生成錳酸鉀（K₂MnO₄）和KCl，溶于水得到溶液①，K₂MnO₄溶液經加入稀醋酸酸化后轉化為MnO₂和KMnO₄．過濾得到濾渣為MnO₂，濾液為溶液②蒸發(fā)濃縮，冷卻結晶，過濾，干燥得到KMnO₄晶體；
（1）反應中化合價變化的元素為Mn、Cl，Mn元素由+4價升高為+6，Cl元素化合價由+5降低為-1，根據化合價升降相等，則二氧化錳與氯酸鉀的物質的量之比為3：1，再根據原子守恒配平；
（2）由溶液得到晶體，需要蒸發(fā)濃縮，冷卻結晶；
（3）循環(huán)使用的物質是指過程中參與反應最后又重新生成的物質；
（4）3MnO₂+KClO₃+6KOH$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$3K₂MnO₄+KCl+3H₂O，K₂MnO₄轉變?yōu)镸nO₂和KMnO₄，離子反應為4H⁺+3MnO₄^2-═MnO₂+2MnO₄^-+2H₂O，結合方程式定量關系計算；
（5）①鹽酸具有還原性，高錳酸鉀具有氧化性分析；
②硫酸鉀溶解度低會隨高錳酸鉀晶體析出，引入雜質；
（6）①在K₂MnO₄溶液中通入氯氣，氯氣氧化K₂MnO₄為高錳酸鉀；
②電解K₂MnO₄溶液，陽極是MnO₄^2-失電子發(fā)生氧化反應生成MnO₄^-，陰極是氫離子得到電子生成氫氣，結合電荷守恒、原子守恒配平書寫電解反應．

解答 解：MnO₂與過量固體KOH和KClO₃在高溫下反應，生成錳酸鉀（K₂MnO₄）和KCl，溶于水得到溶液①，K₂MnO₄溶液經加入稀醋酸酸化后轉化為MnO₂和KMnO₄．過濾得到濾渣為MnO₂，濾液為溶液②蒸發(fā)濃縮，冷卻結晶，過濾，干燥得到KMnO₄晶體；
（1）由軟錳i隨高錳酸鉀礦與過量固體KOH和KClO₃在高溫下反應，生成錳酸鉀（K₂MnO₄）和KCl，反應中化合價變化的元素為Mn、Cl，Mn元素由+4價升高為+6，Cl元素化合價由+5降低為-1，根據化合價升降相等，則二氧化錳與氯酸鉀的物質的量之比為3：1，再根據原子守恒配平方程式為：3MnO₂+6KOH+KClO₃ $\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$3K₂MnO₄+KCl+3H₂O，
故答案為：3MnO₂+6KOH+KClO₃ $\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$3K₂MnO₄+KCl+3H₂O；
（2）由溶液得到晶體，需要蒸發(fā)濃縮，冷卻結晶，即步驟③的操作為蒸發(fā)濃縮，冷卻結晶，過濾洗滌得到KMnO₄晶體，
故答案為：蒸發(fā)濃縮，冷卻結晶；
（3）上述過程中MnO₂與過量固體KOH和KClO₃在高溫下反應，生成錳酸鉀（K₂MnO₄）和KCl，溶于水得到溶液①，K₂MnO₄溶液經加入稀硫酸酸化后轉化為MnO₂和KMnO₄．過濾得到濾渣為MnO₂，循環(huán)使用的物質為二氧化錳，
故答案為：MnO₂；
（4）（4）3MnO₂+KClO₃+6KOH$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$3K₂MnO₄+KCl+3H₂O，K₂MnO₄轉變?yōu)镸nO₂和KMnO₄，離子反應為4H⁺+3MnO₄^2-═MnO₂+2MnO₄^-+2H₂O，得到定量關系為：
3MnO₂～2KMnO₄
3        2
1mol     $\frac{2}{3}$mol
故答案為：$\frac{2}{3}$；
（5）①不采用鹽酸的原因是鹽酸具有還原性，高錳酸鉀具有氧化性，二者混合反應生成污染性的氣體氯氣，
故答案為：鹽酸具有還原性，高錳酸鉀具有氧化性，反應生成氯氣；
②已知293K時醋酸鉀的溶解度為217g，硫酸鉀的溶解度為11.1g，硫酸鉀溶解度低，在蒸發(fā)濃縮過程中容易析出而造成高錳酸鉀產品純度下降，
故答案為：硫酸鉀溶解度低，在蒸發(fā)濃縮過程中容易析出而造成高錳酸鉀產品純度下降；
（6）①在K₂MnO₄溶液中通入氯氣，氯氣氧化K₂MnO₄為高錳酸鉀，反應的離子方程式為：Cl₂+2MnO₄^2-=2MnO₄^-+2Cl^-，
故答案為：Cl₂+2MnO₄^2-=2MnO₄^-+2Cl^-；
②電解K₂MnO₄溶液，陽極是MnO₄^2-失電子發(fā)生氧化反應生成MnO₄^-，陰極是氫離子得到電子生成氫氣，結合電荷守恒、原子守恒配平書寫電解反應，反應的離子方程式為：2MnO₄^2-+2H₂O$\frac{\underline{\;通電\;}}{\;}$2MnO₄^-+H₂↑+2OH^-；
故答案為：2MnO₄^2-+2H₂O$\frac{\underline{\;通電\;}}{\;}$2MnO₄^-+H₂↑+2OH^-．

點評 本題考查了流程分析判斷，物質提純、轉化、性質的理的分析解應用，主要是氧化還原反應的分析應用，掌握原理和實質是解題關鍵，題目難度中等．