Question

(14分)工业上以软锰矿（主要成分MnO₂）为原料，通过液相法生产KMnO₄。即在碱性条件下用氧气氧化MnO₂得到K₂MnO₄，分离后得到的K₂MnO₄，再用惰性材料为电极电解K₂MnO₄溶液得到KMnO₄，其生产工艺简略如下：

（1）反应器中反应的化学方程式为                                           。

（2）生产过程中最好使用含MnO₂80%以上的富矿，因为MnO₂含量最低的贫矿中Al、Si的氧化物含量较高，会导致KOH消耗量      (填“偏高”或“偏低”)。

（3）电解槽中阳极的电极反应方程式为                           。

（4）在传统工艺中得到K₂MnO₄后，向其中通入CO₂反应生成黑色固体、KMnO₄等，反应的化学反应方程式为               。根据上述反应，从Mn元素的角度考虑KMnO₄的产率最高为         。与该传统工艺相比，电解法的优势是                              。

（5）用高锰酸钾测定某草酸结晶水合物的纯度：称量草酸晶体样品0.250g溶于水，用0.0500mol·L^－1的酸性KMnO₄溶液滴定（杂质不反应），至溶液呈浅粉红色且半分钟内不褪去，消耗KMnO₄溶液15.00 mL，则该草酸晶体的纯度为________。（已知该草酸结晶水合物H₂C₂O₄·2H₂O的式量为126）

Answer

（1）4KOH+2MnO2+O2=2K2MnO4+2H2O ；（2）偏高；（3）MnO42--e-=MnO4-；

（4）3K2MnO4+ 2 CO2 = 2 KMnO4+ MnO2+ 2 K2CO3，66.7%，产率更高、KOH循环利用；

（5）94.5%

【解析】

试题分析：（1）根据信息，MnO2作还原剂，＋4→＋6↑2，O2作氧化剂，1molO2由0→－2↓4，最小公倍数4，MnO2、K2MnO4系数是2，即2MnO2＋O2→K2MnO4，前后元素守恒，KOH作反应物，H2O作生成物，即反应方程式：4KOH+2MnO2+O2=2K2MnO4+2H2O；（2）富矿杂质少，贫矿中SiO2、Al2O3都可以和KOH反应，消耗的KOH增多；（3）电解过程中，阳极是失电子化合价升高的，根据题干，MnO42－在此失电子，即反应式：MnO42－－e－=MnO4－；（4）黑色固体是MnO2，锰酸钾发生歧化反应，生成1molMnO2＋6→＋4↓2，生成1molKMnO4由＋6→＋7↑1，最小公倍数是2，即高锰酸钾系数是2，3K2MnO4→ 2KMnO4+ MnO2，CO2参加反应，生成物中缺少4mol钾原子，因此反应方程式：3K2MnO4+ 2CO2 = 2KMnO4+ MnO2+ 2 K2CO3，根据Mn元素守恒，3份Mn参加反应生成2molKMnO4，产率最高是2×100%/3=66.7%，用电解法，锰元素全部转成高锰酸钾，阴极上：H2O+2e－=H2↑＋OH－，KOH可以循环使用，故优势是：产率更高、KOH循环使用；（5）发生反应的离子方程式是：16H＋＋2MnO4－＋5C2O42－=2Mn2＋＋8H2O+10CO2↑，n(H2C2O4·2H2O)=15×10－3 ×0.05×5/2mol=1.875×10－3mol，纯度=1.875×10－3×126/0.25×100%=94.5%。

考点：考查氧化还原方程式的书写、电极反应式的书写、化学计算等知识。