Question

【題目】高錳酸鉀(KMnO4)是一種常用氧化劑，主要用于化工、防腐及制藥工業等。以軟錳礦(主要成分為MnO2)為原料生產高錳酸鉀的工藝路線如下：

回答下列問題：

(1)原料軟錳礦與氫氧化鉀按1∶1的比例在“烘炒鍋”中混配，混配前應將軟錳礦粉碎，其作用是_________________。

(2)“平爐”中發生的化學方程式為_________________，該條件下此反應的△S____0(填大于、小于或等于)。

(3)將K2MnO4轉化為KMnO4的生產有兩種工藝。

①“CO2歧化法”是傳統工藝，即在K2MnO4溶液中通入CO2氣體，使體系呈中性或弱堿性，K2MnO4發生歧化反應生成的含錳物質有KMnO4和MnO2，該反應的化學方程式為__________________。

②“電解法”為現代工藝，即電解K2MnO4水溶液，若用惰性電極，陽離子交換膜電解槽電解時產品純度高，陰極室中加入電解質溶液溶質的化學式為_______，電解時陽極發生的電極反應為____________，從陽極室的溶液得到產品的實驗操作是___________________。與傳統工藝比較，現代工藝的優點除產品純度高外還有_______________。

Answer 1

【答案】 增大接觸面積，加快反應速率 2MnO2+4KOH+O22K2MnO4+2H2O S>0 3K2MnO4 +4CO2+2H2O=2KMnO4+MnO2+4KHCO3 KOH MnO42- -e- = MnO4- 蒸發濃縮，冷卻結晶，過濾 原料利用率大

【解析】(1)原料軟錳礦與氫氧化鉀按1：1的比例在“烘炒鍋”中混配，混配前應將軟錳礦粉碎，其作用是增大接觸面積加快反應速率，提高原料利用率，故答案為：增大反應物接觸面積，加快反應速率；

(2)流程分析可知平爐中發生的反應是氫氧化鉀、二氧化錳和氧氣加熱反應生成錳酸鉀和水，反應的化學方程式為：2MnO2+4KOH+O22K2MnO4+2H2O，該反應中氣體的物質的量增大，△S＞0，故答案為：2MnO2+4KOH+O2=2K2MnO4+2H2O；＞；

(3) ①在K2MnO4溶液中通入CO2氣體，使體系呈中性或弱酸性，K2MnO4發生歧化反應，根據元素守恒以及二氧化碳過量推測反應生成KMnO4，MnO2和KHCO3，反應的方程式為3K2MnO4 +4CO2+2H2O=2KMnO4+MnO2+4KHCO3，故答案為：3K2MnO4 +4CO2+2H2O=2KMnO4+MnO2+4KHCO3；

②“電解法”為現代工藝，即電解K2MnO4水溶液，在電解槽中陽極，MnO42-失去電子，發生氧化反應，產生MnO4-．電極反應式是：MnO42--e-=MnO4-；在陰極，水電離產生的H+獲得電子變為氫氣逸出，電極反應式是：2H2O+2e-=H2↑+2OH-；所以陰極逸出的氣體是H2；總反應方程式是：2K2MnO4+2H2O2KMnO4+2H2↑+2KOH，陽離子交換膜電解槽電解時產品純度高，陰極室中加入電解質溶液溶質的化學式為KOH；從陽極室的溶液得到產品的實驗操作為蒸發濃縮，冷卻結晶，過濾；依據電解法方程式2K2MnO4+2H2O 2KMnO4+2H2↑+2KOH，可知K2MnO4的理論利用率是100%，而在二氧化碳歧化法反應中3K2MnO4+2CO2=2KMnO4+MnO2+K2CO3中K2MnO4的理論利用率是，所以二者的理論利用率之比為3：2，因此與傳統工藝比較，現代工藝的優點除產品純度高外還有原料利用率大，故答案為：KOH ； MnO42- -e- = MnO4- ；蒸發濃縮，冷卻結晶，過濾；原料利用率大。