Question

工业上常用软锰矿（主要成分为MnO₂）制备KMnO₄,，其流程如下所示：

(1)将原料粉碎后，通人空气，加热熔融时，发生反应的化学方程式为_______________。

(2)软锰矿中除了含有MnO₂，还含有Fe₂O₃、MgO、Al₂O₃、SiO₂等杂质,这些杂志会导致KOH消耗量______

（填“偏高”或“偏低”)。

(3)上述过程中可以循环使用的物质有MnO₂和_____________（写化学式）。

(4)反应a的化学方程式为________________。

(5)操作I的名称为_________，操作II利用KMnO₄和K₂CO₃溶解性的差异，采取________(填操作方法名称）、趁热过滤得到KMnO₄，粗晶体。粗晶体洗涤后得到纯净的晶体。证明晶体已经洗涤干净的操作是______。

(6)某工厂排放的废水中含有Mn²⁺、Ca²⁺、Mg²⁺（阴离子为SO₄^2-)，若想将Mn²⁺回收利用，可利用以下流程：

已知：

    物质X应选用__________(由一种阳离子和一种阴离子组成，填化学式）；根据溶解度曲线可知，采用蒸发浓缩、趁热过滤操作时需控制的温度最适宜为___________（填序号）。

①20℃    ②40℃    ③80℃      ④120℃

Answer

4KOH+2MnO2+O22K2MnO4+2H2O 偏高 KOH 3 K2MnO4+2CO2═2 KMnO4+ MnO2↓+2K2CO3 过滤 浓缩结晶 取最后一次洗涤液于试管中，滴加CaCl2溶液，若没有沉淀生成，说明己洗净 MnF2 ③

【解析】（1）根据流程图中加入的物质以及产生的物质，得到反应的方程式：KOH+MnO2+O2→K2MnO4，按照氧化还原反应的缺项配平，OH-转变成水，KOH+MnO2+O2→K2MnO4+H2O，Mn的+4价升高为+6价升2，氧气中氧由0价降低至-2价降4，最小公倍数是4，MnO2、K2MnO4系数是2，O2系数是1，根据原子守恒配平其他，则：4KOH+2MnO2+O22K2MnO4+2H2O；（2）软锰矿中还有Al2O3、SiO2，Al2O3具有两性和反应：2KOH+ Al2O3=2KAlO2+H2O ，SiO2 是酸性氧化物，遇碱发生中和反应：SiO2+2KOH＝K2SiO3+H2O，所以消耗的KOH偏高；（3）根据题给流程知，上述流程中可以循环使用的物质有MnO2和KOH；（4）根据反应a.3K2MnO4+2CO2=2KMnO4+MnO2+2K2CO3，3molMn变成2mol KMnO4，产率是×100%＝66.7%；（5）操作Ⅰ是将难溶的MnO2分离，用过滤的方法。分离KMnO4和K2CO3混合物，采用结晶的方法，利用两物质在溶解度上的差异，采用浓缩结晶、趁热过滤得到KMnO4粗晶体；粗晶体表面含有少量碳酸钾，证明晶体已经洗涤干净的操作是取最后一次洗涤液于试管中，滴加CaCl2溶液，若没有沉淀生成，说明已洗净；(6) 由于不能引入杂质，则阳离子选拔锰离子，又因为要沉淀溶液中的镁离子和钙离子，则X的溶度积常数不能太小，所以根据表格数据可知所加的物质为MnF2；为保证析出的晶体为MnSO4·H2O，且避免在相对较低温度下MnSO4·H2O溶解，需控制温度在40℃以上，且越高越有利于晶体析出，但又不能高于100℃(水溶液最高温度) ，故选③。