Question

KMnO₄在医疗上有广泛地应用，可用于防腐、制药、消毒等。现以软锰矿（主要成分为MnO₂，含有少量Al₂O₃、SiO₂等）为原料制备KMnO₄的工业流程如图所示。

（1）料渣的主要成分是____，操作2的意义是__________。

（2）“调pH”的目的是__________；写出“氧化”过程中发生反应的离子方程式：________；熔融过程中，氧化剂与还原剂的物质的量之比为_______。

（3）操作3的内容为蒸发浓缩、趁热过滤、洗涤、烘干，已知KHCO₃、KMnO₄的溶解度曲线是下图中的两种，则KHCO₃、KMnO₄的溶解度曲线分别是_____（填序号）。

（4）用惰性电极电解K₂MnO₄溶液也可得到目标产物，则生成目标产物的电极反应式为___________，充分电解后，得到的溶液中溶质的主要成分是______和KMnO₄。

Answer

SiO2 提高原料的利用率 除去Al3+ 2MnO4-+3Mn2++2H2O=5MnO2↓+4H+ 1:2 II、Ⅲ MnO42--e-= MnO4- KOH

【解析】

软锰矿(主要成分为MnO2，含有少量Al2O3、SiO2等)加入稀硫酸同时通入二氧化硫，可将MnO2还原成Mn2+，则溶液中主要阳离为Mn2+和Al3+，料渣为不溶于稀硫酸的SiO2，之后滤液中加入碳酸锰调节pH使Al3+转化为Al(OH)3沉淀除去；然后加入高锰酸钾氧化Mn2+得到MnO2沉淀，向熔融状态的MnO2中通入氧气，同时加入KOH，反应生成K2MnO4，加水溶解并通入过量二氧化碳，K2MnO4发生歧化得到含KMnO4和KHCO3的溶液，以及MnO2沉淀，之后对滤液进行蒸发浓缩、趁热过滤、洗涤烘干得到高锰酸钾晶体。

(1)根据分析可知料渣主要成分为SiO2，操作2可以提高原料的利用率；

(2)调pH值的目的是使Al3+转化为Al(OH)3沉淀除去；氧化过程中KMnO4和Mn2+发生归中反应得到MnO2，离子方程式为2 MnO4-+3Mn2++2H2O=5MnO2↓+4H+；熔融过程中O2为氧化剂，由0价降为-2价，每个氧气分子可以得到4个电子，MnO2为还原剂，化合价由+4价升为+6价，失去2个电子，所以氧化剂与还原剂物质的量之比为1:2；

(3)操作3的内容为蒸发浓缩、趁热过滤、洗涤、烘干，说明KHCO3的溶解度随温度变化较大，为防止其析出要趁热过滤，所以曲线II代表碳酸氢钾；而KMnO4的溶解度随温度变化不大，而且KMnO4析出，说明其溶解度要比碳酸氢钾的溶解度小，所以曲线Ⅲ代表KMnO4的溶解度；

(4)由K2MnO4得到KMnO4，锰元素化合价升高被氧化，所以应在阳极生成，电极方程式为MnO42--e-= MnO4-；电解过程中阴极水电离出的氢离子放电生成氢气，同时破坏水的电离平衡产生氢氧根，所以溶质为KOH和KMnO4。