Question

1．軟錳礦的主要成分為MnO₂，工業(yè)可用其按如下方法制備高錳酸鉀：

a．將軟錳礦初選后粉碎，與固體苛性鉀混合，加入反應(yīng)釜中敞口加熱至熔融，并保持熔融狀態(tài)下攪拌25～30min，冷卻得墨綠色熔渣（主要成分為K₂MnO₄）；
b．將熔渣粉碎，加入去離子水溶解，充分?jǐn)嚢韬筮^濾得墨綠色濾液1；
c．取適量70%硫酸，加入濾液1中，邊加邊攪拌，直至不再產(chǎn)生棕褐色沉淀，過濾，得紫色濾液2；
d．提純?yōu)V液2即可得高錳酸鉀粗品．
根據(jù)上述內(nèi)容回答下列問題：
（1）步驟a中，反應(yīng)物熔融狀態(tài)下攪拌的目的是：使熔融物充分接觸空氣，用化學(xué)方程式表示出MnO₂轉(zhuǎn)化為K₂MnO₄的反應(yīng)原理：2MnO₂+4KOH+O₂$\frac{\underline{\;熔融\;}}{\;}$2K₂MnO₄+2H₂O．
（2）粉碎后的軟錳礦與苛性鉀置于C中進(jìn)行加熱．
A．陶瓷反應(yīng)釜   B．石英反應(yīng)釜    C．鐵制反應(yīng)釜
（3）寫出步驟c中反應(yīng)的離子方程式：3MnO₄^2-+4H⁺$\frac{\underline{\;熔融\;}}{\;}$2MnO₄^-+MnO₂+2H₂O．
（4）步驟d中由濾液2得到高錳酸鉀粗品的主要操作步驟是：蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過濾、洗滌、干燥．
（5）若將母液循環(huán)使用，可能造成的問題是：導(dǎo)致K₂SO₄逐漸積累，結(jié)晶時(shí)隨產(chǎn)品析出，降低高錳酸鉀純度．
（6）早先有文獻(xiàn)報(bào)道：步驟a中加入KClO₃固體會(huì)縮短流程時(shí)間以及提高高錳酸鉀的產(chǎn)率，但從綠色化學(xué)角度考慮后，現(xiàn)在工廠中一般不采用此法，你認(rèn)為這種方法不符合綠色化學(xué)的原因是：以KClO₃為氧化劑會(huì)使濾渣中含有大量KCl，溶解酸化時(shí)，Cl^-被氧化會(huì)產(chǎn)生大量氯氣．

Answer 1

分析 （1）該反應(yīng)需要氧氣參加，反應(yīng)物熔融狀態(tài)下攪拌目的是使熔融物充分接觸空氣；由題目信息可知，MnO₂、KOH的熔融混合物中通入空氣時(shí)發(fā)生反應(yīng)生成K₂MnO₄，根據(jù)元素守恒還應(yīng)生成水，根據(jù)電子得失、原子守恒進(jìn)行配平；
（2）陶瓷、石英原料含有SiO₂，在高溫下，瓷坩堝可以和KOH發(fā)生反應(yīng)：SiO₂+2KOH═K₂SiO₃+H₂O；
（3）步驟c中反應(yīng)中硫酸和K₂MnO₄生成棕褐色沉淀MnO₄和KMnO₄，根據(jù)質(zhì)量守恒確定其他產(chǎn)物，利用電子得失守恒和原子守恒配平；
（4）從溶液中得到固體的實(shí)驗(yàn)操作一般為蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過濾、洗滌、干燥；
（5）母液中含有硫酸鉀，循環(huán)使用，導(dǎo)致K₂SO₄逐漸積累，結(jié)晶時(shí)隨產(chǎn)品析出，產(chǎn)品不純；
（6）以KClO₃為氧化劑還原產(chǎn)物為KCl，溶解酸化時(shí)，Cl^-被氧化生成氯氣，從而污染環(huán)境．

解答 解：（1）步驟a中，反應(yīng)物熔融狀態(tài)下攪拌的目的是：使熔融物充分接觸空氣；由題目信息可知，MnO₂、KOH的熔融混合物中通入空氣時(shí)發(fā)生反應(yīng)生成K₂MnO₄，根據(jù)元素守恒還應(yīng)生成水，反應(yīng)中錳元素由+4價(jià)升高為+6價(jià)，總升高2價(jià)，氧元素由0價(jià)降低為-2價(jià)，總共降低4價(jià)，化合價(jià)升降最小公倍數(shù)為4，所以MnO₂系數(shù)2，O₂系數(shù)為1，根據(jù)錳元素守恒確定K₂MnO₄系數(shù)為2，根據(jù)鉀元素守恒確定KOH系數(shù)為4，根據(jù)氫元素守恒確定H₂O系數(shù)為2，所以反應(yīng)化學(xué)方程式為：2MnO₂+4KOH+O₂$\frac{\underline{\;熔融\;}}{\;}$2K₂MnO₄+2H₂O；
故答案為：使熔融物充分接觸空氣；2MnO₂+4KOH+O₂$\frac{\underline{\;熔融\;}}{\;}$2K₂MnO₄+2H₂O；
（2）陶瓷、石英原料含有SiO₂，在高溫下，陶瓷、石英可以和KOH發(fā)生反應(yīng)：SiO₂+2KOH═K₂SiO₃+H₂O，腐蝕反應(yīng)釜，故不能使用陶瓷反應(yīng)釜和石英反應(yīng)釜，而使用鐵制反應(yīng)釜；
故選：C；
（3）步驟c中反應(yīng)中硫酸和K₂MnO₄生成棕褐色沉淀MnO₂和KMnO₄，根據(jù)元素守恒還應(yīng)生成水，反應(yīng)中錳元素由+6價(jià)升高為+7價(jià)，升高1價(jià)，由+6價(jià)降低為+4價(jià)，降低2價(jià)，化合價(jià)升降最小公倍數(shù)為2，所以MnO₂系數(shù)2，MnO₄^-系數(shù)為1，根據(jù)錳元素守恒確定MnO₄^2-系數(shù)為3，根據(jù)電荷守恒確定H⁺系數(shù)為4，根據(jù)氫元素守恒確定H₂O系數(shù)為2，所以離子化學(xué)方程式為：3MnO₄^2-+4H⁺$\frac{\underline{\;熔融\;}}{\;}$2MnO₄^-+MnO₂+2H₂O；
故答案為：3MnO₄^2-+4H⁺$\frac{\underline{\;熔融\;}}{\;}$2MnO₄^-+MnO₂+2H₂O；
（4）從濾液中得到KMnO₄晶體的實(shí)驗(yàn)操作依次是蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過濾、洗滌、干燥，故答案為：蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過濾、洗滌、干燥；
（5）母液中含有硫酸鉀，循環(huán)使用，導(dǎo)致K₂SO₄逐漸積累，結(jié)晶時(shí)隨產(chǎn)品析出，降低高錳酸鉀純度，
故答案為：導(dǎo)致K₂SO₄逐漸積累，結(jié)晶時(shí)隨產(chǎn)品析出，降低高錳酸鉀純度；
（6）以KClO₃為氧化劑還原產(chǎn)物為KCl，溶解酸化時(shí)，Cl^-被氧化生成氯氣，從而污染環(huán)境，
故答案為：以KClO₃為氧化劑會(huì)使濾渣中含有大量KCl，溶解酸化時(shí)，Cl^-被氧化會(huì)產(chǎn)生大量氯氣．

點(diǎn)評(píng) 本題考查學(xué)生對(duì)工藝流程的理解、閱讀獲取信息能力、物質(zhì)推斷、氧化還原反應(yīng)等，難度中等，是對(duì)所學(xué)知識(shí)的綜合運(yùn)用與能力的考查，需要學(xué)生具備扎實(shí)的基礎(chǔ)知識(shí)與綜合運(yùn)用知識(shí)、信息進(jìn)行解決問題的能力．