回答下列问题:
(1)原料软锰矿与氢氧化钾按1:1的比例在“烘炒锅”中混配,混配前应将软锰矿粉碎,其作用是增大反应物接触面积,加快反应速率,提高原料利用率.
(2)“平炉”中发生的化学方程式为2MnO2+4KOH+O22K2MnO4+2H2O.
(3)“平炉”中需要加压,其目的是提高氧气的压强,加快反应速率,增加软锰矿转化率.
(4)将K2MnO4转化为KMnO4的生产有两种工艺.
①“CO2歧化法”是传统工艺,即在K2MnO4溶液中通入CO2气体,使体系呈中性或弱酸性,K2MnO4发生歧化反应,反应中生成KMnO4,MnO2和KHCO3(写化学式).
②“电解法”为现代工艺,即电解K2MnO4水溶液,电解槽中阳极发生的电极反应为MnO42﹣﹣e﹣=MnO4﹣
,阴极逸出的气体是H2.
③“电解法”和“CO2歧化法”中,K2MnO4的理论利用率之比为3:2.
(5)高锰酸钾纯度的测定:称取1.0800g样品,溶解后定容于100mL容量瓶中,摇匀.取浓度为0.2000mol•L﹣1的H2C2O4标准溶液20.00mL,加入稀硫酸酸化,用KMnO4溶液平行滴定三次,平均消耗的体积为24.48mL,该样品的纯度为×100%(列出计算式即可,已知2MnO4﹣+5H2C2O4+6H+=2Mn2++10CO2↑+8H2O).
【考点】U3:制备实验方案的设计
【专题】546:无机实验综合.
【分析】(1)固体混合粉碎目的是增大接触面积加快反应速率;
(2)流程分析可知平炉中发生的反应是氢氧化钾、二氧化锰和氧气加热反应生成锰酸钾和水;
(3)“平炉”中加压能提高氧气的压强,加快反应速率,增加软锰矿转化率;
(4)①在K2MnO4溶液中通入CO2气体,使体系呈中性或弱酸性,K2MnO4发生歧化反应,根据元素守恒以及二氧化碳过量推测反应生成KMnO4,MnO2和KHCO3;
②“电解法”为现代工艺,即电解K2MnO4水溶液,在电解槽中阳极,MnO42﹣失去电子,发生氧化反应,产生MnO4﹣;在阴极,水电离产生的H+获得电子变为氢气逸出,电极反应式是:2H2O+2e﹣=H2↑+2OH﹣;
③依据电解法方程式2K2MnO4+2H2O2KMnO4+2H2↑+2KOH,可知K2MnO4的理论利用率是100%,而在二氧化碳歧化法反应中3K2MnO4+2CO2=2KMnO4+MnO2+K2CO3中K2MnO4的理论利用率是;
(5)依据离子方程式2MnO4﹣+5H2C2O4+6H+=2Mn2++10CO2↑+8H2O可由n(H2C2O4)计算出n(KMnO4),进而计算出样品中的n(KMnO4),然后可计算样品的纯度.
【解答】解:(1)原料软锰矿与氢氧化钾按1:1的比例在“烘炒锅”中混配,混配前应将软锰矿粉碎,其作用是增大接触面积加快反应速率,提高原料利用率.
故答案为:增大反应物接触面积,加快反应速率,提高原料利用率;
(2)流程分析可知平炉中发生的反应是氢氧化钾、二氧化锰和氧气加热反应生成锰酸钾和水,反应的化学方程式为:2MnO2+4KOH+O2=2K2MnO4+2H2O,
故答案为:2MnO2+4KOH+O2=2K2MnO4+2H2O;
(3)“平炉”中加压能提高氧气的压强,加快反应速率,增加软锰矿转化率.
故答案为:提高氧气的压强,加快反应速率,增加软锰矿转化率;
(4)①在K2MnO4溶液中通入CO2气体,使体系呈中性或弱酸性,K2MnO4发生歧化反应,根据元素守恒以及二氧化碳过量推测反应生成KMnO4,MnO2和KHCO3;
故答案为:KHCO3;
②“电解法”为现代工艺,即电解K2MnO4水溶液,在电解槽中阳极,MnO42﹣失去电子,发生氧化反应,产生MnO4﹣.电极反应式是:MnO42﹣﹣e﹣=MnO4﹣;在阴极,水电离产生的H+获得电子变为氢气逸出,电极反应式是:2H2O+2e﹣=H2↑+2OH﹣;所以阴极逸出的气体是H2;总反应方程式是:2K2MnO4+2H2O2KMnO4+2H2↑+2KOH,
故答案为:MnO42﹣﹣e﹣=MnO4﹣;H2;
③依据电解法方程式2K2MnO4+2H2O2KMnO4+2H2↑+2KOH,可知K2MnO4的理论利用率是100%,而在二氧化碳歧化法反应中3K2MnO4+2CO2=2KMnO4+MnO2+K2CO3中K2MnO4的理论利用率是,所以二者的理论利用率之比为3:2,
故答案为:3:2;
(5)依据离子方程式2MnO4﹣+5H2C2O4+6H+=2Mn2++10CO2↑+8H2O
可知KMnO4与草酸反应的定量关系是2KMnO4~5H2C2O4,
n(H2C2O4)=20.00×10﹣3L×0.2000mol/L=20.00×10﹣3×0.2000mol
n(KMnO4)=20.00×10﹣3×0.2000×mol,
1.0800g样品中n(KMnO4)=20.00×10﹣3×0.2000××mol,
1.0800g样品中m(KMnO4)=20.00×10﹣3×0.2000×××158g,
样品的纯度=×100%.
故答案为:×100%.
【点评】本题考查了物质制备工艺流程的知识.制备方案的过程分析和物质性质的理解应用,特别是电解原理、滴定实验的熟练掌握和计算应用,掌握基础是解题关键,题目难度中等.