Question

高錳酸鉀是強氧化劑，它的用途遍布各個行業。
（1）工業上由軟錳礦（主要成分為MnO₂）生產髙錳酸鉀分為兩個步驟。
①步驟一將軟錳礦與過量的固體KOH和空氣在高溫下反應，生成錳酸鉀（K₂MnO₄），該反應的化學方程式是______________。
②步驟二以石墨為陽極，鐵為陰極，電解錳酸鉀（K₂MnO₄）溶液，在_______（填“陰極區”或“陽極區”）得到高錳酸鉀。陰極反應的化學方程式是_______。
（2）某研究小組用工業生產高錳酸鉀產生的廢渣——猛泥（含K₂MnO₄、MnO₂及Pb、Ca等元素）和乳鋼廢酸液制取工業級碳酸錳（MnCO₃），其流程如下：

③軋鋼廢酸中Fe²⁺的作用是______________。
④操作I、操作II、操作III的名稱是_______。
⑤溶液C中除含有Ca²⁺、Mn²⁺、H⁺外，還含有的陽離子是_______。
⑥若固體C中不含CaCO₃，則溶液D中<_______。
[已知：K_sp(MnCO₃)=1×10^—11，K_sp(CaCO₃)=5×10^—9]

Answer 1

（16分）（1）①  2MnO₂+4KOH+O₂  2K₂MnO₄+2H₂O（3分）
② 陽極區（2分）   2H₂O+2e^—=H₂↑+2OH^—（3分）（2H⁺ + 2e^—= H₂↑也給3分）
（2）③ 將高價的錳元素還原成Mn²⁺（2分）
④ 過濾（2分）
⑤  K⁺、Na⁺、NH₄⁺（2分）
⑥  500（2分）

試題分析：（1）①根據題意，錳元素的化合價由+4升高為+6，由此推斷氧化劑為空氣中的氧氣，根據化合價升降總數相等、原子守恒推斷，該反應式為2MnO₂+4KOH+O₂  2K₂MnO₄+2H₂O；②錳元素的化合價由+6升為+7，發生氧化反應，根據電解原理推斷，該反應在陽極區發生；電解質溶液中的H⁺、K⁺移向陰極，氧化性較強的H⁺在陰極發生還原反應，即2H⁺+2e^—=H₂↑或2H₂O+2e^—=H₂↑+2OH^—；（2）③④⑤根據工藝流程圖的目標產物逆推可知，錳元素的化合價由+6降為+2，需要加入合適的還原劑，軋鋼廢酸中Fe²⁺可以將錳泥中的MnO₄^—還原為Mn²⁺，Fe²⁺被MnO₄^—氧化為Fe³⁺，調節溶液pH至4時，Fe³⁺完全變為Fe(OH)₃沉淀，則操作I為過濾，溶液A的主要成分為Mn²⁺、Fe²⁺、Pb²⁺、Ca²⁺、H⁺等，固體A的成分為Fe(OH)₃；Na₂S溶液能除去Fe²⁺、Pb²⁺、H⁺等，分別生成FeS、PbS沉淀和H₂S氣體等，則操作II為過濾，溶液B的主要成分為Mn²⁺、Ca²⁺、S^2—、Na⁺等；Na₂S是鹽，水解導致其溶液呈堿性，NH₄HCO₃在堿性條件下變為NH₄⁺、CO₃^2—，由于K_sp(MnCO₃)<K_sp(CaCO₃)，CO₃^2—與Mn²⁺、Ca²⁺混合時優先生成MnCO₃沉淀，則操作III為過濾，根據離子共存推斷，溶液C中主要陽離子為Mn²⁺、Ca²⁺、H⁺、Na⁺、NH₄⁺；⑥依題意，CaCO₃(s)+Mn²⁺(aq)MnCO₃(s)+Ca²⁺(aq)，該反應的平衡常數K====500。