Question

（16分）高锰酸钾是强氧化剂，它的用途遍布各个行业。

（1）工业上由软锰矿（主要成分为MnO₂）生产髙锰酸钾分为两个步骤：

①步骤一将软锰矿与过量的固体KOH和空气在高温下反应，生成锰酸钾（K₂MnO₄），该反应的化学方程式是                                          。

②步骤二以石墨为阳极，铁为阴极，电解锰酸钾（K₂MnO₄)溶液，在      (填“阴极区”或“阳极区”）得到高锰酸钾。阴极反应的电极反应式是                     。

（2）某研究小组用工业生产高锰酸钾产生的废渣——锰泥(含K₂MnO₄、MnO₂及Pb、Ca等元素）和乳钢废酸液制取工业级碳酸锰（MnCO₃)，其流程如下：

③轧钢废酸中Fe²⁺的作用是                               。

④操作I、操作Ⅱ、操作Ⅲ的名称是             。

⑤溶液C中除含有Ca²⁺、Mn²⁺、H⁺外，还含有的阳离子是                        。

⑥若固体C中不含CaCO₃，则溶液C中 ＜     （已知：K_sp(MnCO₃)=1×10^-11，K_sp(CaCO₃)=5×10^-9)。

Answer

（15分）

（1）① 2MnO2+4KOH+O2 2K2MnO4+2H2O（3分）

②阳极区（2分） 2H2O+2e-=H2↑+2OH-（3分）（2H+ + 2e- = H2↑也给3分）

（2）③将高价的锰元素还原成Mn2+（2分）

④过滤（1分）

⑤ K+、Na+、NH4+（2分）

⑥ 500（2分）

【解析】

试题分析：（1）① 软锰矿中的二氧化锰与KOH、氧气反应生成锰酸钾和水，化学方程式是2MnO2+4KOH+O2 2K2MnO4+2H2O；

②以石墨为阳极，铁为阴极，电解锰酸钾（K2MnO4)溶液得到高锰酸钾，则Mn元素的化合价升高，锰酸钾发生氧化反应，阳极发生氧化反应，所以在阳极区得到高锰酸钾；阴极是氢离子得到电子生成氢气，电极反应式为2H2O+2e-=H2↑+2OH-或2H+ + 2e- = H2↑；

（2）③根据流程图可知轧钢废酸中Fe2+做还原剂，将高价的锰元素还原成Mn2+；

④操作I、操作Ⅱ、操作Ⅲ均是将不溶于液体的固体与液体分离，所以该操作为过滤；

⑤ 根据流程图可知，加入的氢氧化钠中的钠离子、碳酸氢铵中的铵根离子极锰泥中的钾离子最终都在溶液C中，所以溶液C中的阳离子还有K+、Na+、NH4+；

⑥若固体C中不含CaCO3，说明碳酸钙未沉淀，锰离子沉淀完全，则c(Mn2+)=10-5mol/L，根据Ksp(MnCO3)=1×10-11，得c(CO32-)=1×10-11/10-5=10-6mol/L，钙离子未沉淀时，c(CO32-)c（Ca2+）