Question

3．由軟錳礦（主要成分為MnO₂）制備KMnO₄的實(shí)驗(yàn)流程可表示如圖1：

（1）操作Ⅱ的名稱是過濾．
（2）可循環(huán)利用的物質(zhì)MnO₂（填化學(xué)式）．
（3）反應(yīng)②的產(chǎn)物中，氧化產(chǎn)物與還原產(chǎn)物的物質(zhì)的量之比是2：1．
（4）反應(yīng)②中“酸化”時(shí)不能選擇下列酸中的A（填字母序號(hào)）
A．稀鹽酸 B．稀硫酸 C．稀醋酸
（5）電解猛酸鉀溶液也可以得到高錳酸鉀，其陰極反應(yīng)式為：2H₂O+2e^-=2OH^-+H₂↑如圖2，b作負(fù)極，電解池的陽極反應(yīng)式是MnO₄^2--e^-=MnO₄^-；若電解過程中收集到2.24L H₂ （標(biāo)準(zhǔn)狀況），則得到高錳酸 鉀31.6克．（提示：陰離子放電順序Mn^2-₄＞OH^-）

Answer 1

分析 由流程可知，第一步，KOH和KClO₃與MnO₂反應(yīng)，得到K₂MnO₄，從而可以寫出反應(yīng)方程式為6KOH+3MnO₂+KClO₃=3K₂MnO₄+KCl+3H₂O，然后加入水溶解分離可溶性物質(zhì)，得到K₂MnO₄和KCl；第二步，將濾液酸化，得到高錳酸鉀和二氧化錳，為一歧化反應(yīng)，錳從+6變?yōu)?7和+4；反應(yīng)方程式為3MnO₄^2-+4H⁺=2MnO₄^-+MnO₂+2H₂O，通過過濾分離MnO₂和高錳酸鉀溶液，最終得到產(chǎn)品，整個(gè)過程中MnO₂可以循環(huán)利用．
（1）操作Ⅱ是固體和液體分離，利用過濾操作分離；
（2）流程中參與反應(yīng)過程，最后又重新生成的物質(zhì)可以循環(huán)使用；
（3）反應(yīng)②3MnO₄^2-+4H⁺=2MnO₄^-+MnO₂+2H₂O，依據(jù)元素化合價(jià)變化分析，氧化產(chǎn)物是元素化合價(jià)升高的產(chǎn)物，元素化合價(jià)降低的產(chǎn)物為還原產(chǎn)物；
（4）因錳酸根和高錳酸根均具有強(qiáng)氧化性，不能使用鹽酸酸化；
（5）由電流流向可知a為正極，鐵為活性電極，這里沒有參與反應(yīng)，做陰極故與負(fù)極相連，陽極發(fā)生氧化反應(yīng)，錳酸根失電子生成高錳酸根，根據(jù)電子得失守恒可以進(jìn)行相關(guān)計(jì)算．

解答 解：由流程可知，第一步，KOH和KClO₃與MnO₂反應(yīng)，得到K₂MnO₄，從而可以寫出反應(yīng)方程式為6KOH+3MnO₂+KClO₃=3K₂MnO₄+KCl+3H₂O，然后加入水溶解分離可溶性物質(zhì)，得到K₂MnO₄和KCl；第二步，將濾液酸化，得到高錳酸鉀和二氧化錳，為一歧化反應(yīng)，錳從+6變?yōu)?7和+4；反應(yīng)方程式為3MnO₄^2-+4H⁺=2MnO₄^-+MnO₂+2H₂O，通過過濾分離MnO₂和高錳酸鉀溶液，最終得到產(chǎn)品，整個(gè)過程中MnO₂可以循環(huán)利用．
（1）操作Ⅱ是固體和液體分離，利用過濾操作分離，所以操作Ⅱ的名稱是過濾，故答案為：過濾；
（2）流程中參與反應(yīng)過程，最后又重新生成的物質(zhì)可以循環(huán)使用，流程中KOH和KClO₃與MnO₂反應(yīng)，將濾液酸化，得到高錳酸鉀和二氧化錳，整個(gè)過程中MnO₂可以循環(huán)利用，故答案為：MnO₂；
（3）反應(yīng)②為：3MnO₄^2-+4H⁺=2MnO₄^-+MnO₂+2H₂O，反應(yīng)中錳元素化合價(jià)從+6變?yōu)?7和+4；得到氧化產(chǎn)物為MnO₄^-，還原產(chǎn)物為MnO₂，物質(zhì)的量之比為2：1；
故答案為：2：1；
（4）因錳酸根和高錳酸根均具有強(qiáng)氧化性，鹽酸中氯離子具有還原性，能被氧化，不能使用鹽酸酸化，故答案為：A；
（5）裝置圖中的電流方向可知，鐵為活性電極，這里沒有參與反應(yīng)，做陰極故與負(fù)極相連，b做負(fù)極，a為正極，石墨電極為陽極發(fā)生氧化反應(yīng)，錳酸根失電子生成高錳酸根，電極反應(yīng)為：MnO₄^2--e^-=MnO₄^-；根據(jù)電子得失守恒可以進(jìn)行相關(guān)計(jì)算，若電解過程中收集到2.24L H₂ （標(biāo)準(zhǔn)狀況），物質(zhì)的量=$\frac{2.24L}{22.4L/mol}$=0.1mol，電極反應(yīng)為：2H⁺+2e^-=H₂↑，結(jié)合電子守恒可知：
2MnO₄^-～2e^-～H₂，
2            1
0.2mol        0.1mol
得到高錳酸鉀質(zhì)量=0.2mol×158g/mol=31.6g；
故答案為：負(fù)；MnO₄^2--e^-=MnO₄^-；31.6．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了物質(zhì)制備流程分析判斷，電解原理的分析應(yīng)用，物質(zhì)性質(zhì)的理解應(yīng)用和實(shí)驗(yàn)基本操作的掌握，工藝流程題解題的關(guān)鍵是要搞清楚加入什么物質(zhì)，發(fā)生什么反應(yīng)，如何分離等，通過分析，我們要能夠?qū)⒁粋�(gè)工藝的流程轉(zhuǎn)化為物質(zhì)的流程，題目難度中等．