高锰酸钾[KMnO4]是常用的氧化剂，工业上以软锰矿（主要成分是MnO2）为原料制备高锰酸钾晶体．中间产物为锰酸钾[K2MnO4]，如图是实验室模拟制备的操作流程：相关资料：①物质溶解度物质KMn

Question

高锰酸钾[KMnO₄]是常用的氧化剂，工业上以软锰矿（主要成分是MnO₂）为原料制备高锰酸钾晶体．中间产物为锰酸钾[K₂MnO₄]，如图是实验室模拟制备的操作流程：

相关资料：
①物质溶解度

物质	KMnO4	K2CO3	KHCO3	K2SO4	CH3COOK
20℃溶解度	6.4	111	33.7	11.1	217

②锰酸钾[K₂MnO₄]
外观性状：墨绿色结晶．其水溶液呈深绿色，这是锰酸根（MnO₄^2-）的特征颜色．
化学性质：在强碱性溶液中稳定，在酸性、中性和弱碱性环境下，MnO₄^2-会发生歧化反应．
试回答下列问题：
（1）煅烧软锰矿和KOH固体时，不采用石英坩埚而选用铁坩埚的理由是___；实验中用铁坩锅煅烧暴露在空气中的固体混合物发生反应的化学方程式为__ ₄₂₂₄

物质	KMnO4	K2CO3	KHCO3	K2SO4	CH3COOK
20℃溶解度	6.4	111	33.7	11.1	217

物质KMnO₄K₂CO₃KHCO₃K₂SO₄CH₃COOK20℃溶解度6.411133.711.1217物质KMnO₄K₂CO₃KHCO₃K₂SO₄CH₃COOK物质KMnO₄₄K₂CO₃₂₃KHCO₃₃K₂SO₄₂₄CH₃COOK₃20℃溶解度6.411133.711.121720℃溶解度6.411133.711.1217_24
4^2-
₄^2-

  

Answer 1

由题目信息，可知二氧化锰与KOH煅烧生成K₂2MnO₄4，溶液中通入二氧化碳与溶液中氢氧化钠反应，调节pH，由工艺流程可知，CO₂2使MnO₄4^2-2-发生歧化反应，生成MnO₄4^--和MnO₂2，根据元素守恒可知，会生成K₂2CO₃3，利用溶解度不同进行结晶分离．若通入CO₂2太多，会生KHCO₃3，滤液中含有KHCO₃3、KMnO₄4，在加热浓缩时，会有KHCO₃3晶体和KMnO₄4晶体一起析出，导致得到的KMnO₄4产品的纯度降低．
（1）瓷坩埚中的二氧化硅和强碱反应，坩埚被腐蚀；煅烧暴露在空气中煅烧混合物，由题目信息，可知二氧化锰与KOH煅烧生成K₂2MnO₄4，由电子转移守恒可知，应有氧气参加反应，根据H元素守恒应有水生成，配平后方程式为：2MnO₂2+4KOH+O₂2(高温.)/()2K₂MnO₄+2H₂O，
故答案为：瓷坩埚中的二氧化硅和强碱反应，坩埚被腐蚀；2MnO₂+4KOH+O₂(高温.)/()2K₂MnO₄+2H₂O；
（2）溶液中通入二氧化碳与溶液中氢氧化钠反应，调节pH，CO₂使MnO₄^2-发生歧化反应，生成MnO₄^-和MnO₂，根据元素守恒可知，会生成K₂CO₃，有关反应离子方程式为：3MnO₄^2-+2CO₂═2MnO₄^-+MnO₂↓+2CO₃^2-、2OH^-+CO₂═CO₃^2-+H₂O，
故答案为：3MnO₄^2-+2CO₂═2MnO₄^-+MnO₂↓+2CO₃^2-、2OH^-+CO₂═CO₃^2-+H₂O；
（3）盐酸具有还原性，易被高锰酸钾氧化，硫酸加入生成的硫酸钾溶解度小，会随KMnO₄一起结晶析出得到的高锰酸钾中含有杂质，醋酸钾的溶解度比高锰酸钾大的多，蒸发浓缩时基本上都会留在母液中，故答案为：a；
（4）电解K₂MnO₄溶液得到KMnO₄，Mn元素发生氧化反应，故溶液中水电离的氢离子放电，发生还原反应生成氢气，同时得到KOH，电解反应方程式为：2K₂MnO₄+2H₂O(电解.)/()2KMnO₄+H₂↑+2KOH；
由图可知，阳离子由左室通过阳离子交换膜进入右室，故左室为阴极室，右室为阴极室，溶液中生成KOH，故A溶液应为KOH溶液；
阳离子交换膜防止锰酸根进入阴极区被还原，提高了Mn元素利用率，
故答案为：2K₂MnO₄+2H₂O(电解.)/()2KMnO₄+H₂↑+2KOH；KOH溶液；阳离子交换膜防止锰酸根进入阴极区被还原． (高温.)/()

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.   2K₂2MnO₄4+2H₂2O，
故答案为：瓷坩埚中的二氧化硅和强碱反应，坩埚被腐蚀；2MnO₂2+4KOH+O₂2(高温.)/()2K₂MnO₄+2H₂O；
（2）溶液中通入二氧化碳与溶液中氢氧化钠反应，调节pH，CO₂使MnO₄^2-发生歧化反应，生成MnO₄^-和MnO₂，根据元素守恒可知，会生成K₂CO₃，有关反应离子方程式为：3MnO₄^2-+2CO₂═2MnO₄^-+MnO₂↓+2CO₃^2-、2OH^-+CO₂═CO₃^2-+H₂O，
故答案为：3MnO₄^2-+2CO₂═2MnO₄^-+MnO₂↓+2CO₃^2-、2OH^-+CO₂═CO₃^2-+H₂O；
（3）盐酸具有还原性，易被高锰酸钾氧化，硫酸加入生成的硫酸钾溶解度小，会随KMnO₄一起结晶析出得到的高锰酸钾中含有杂质，醋酸钾的溶解度比高锰酸钾大的多，蒸发浓缩时基本上都会留在母液中，故答案为：a；
（4）电解K₂MnO₄溶液得到KMnO₄，Mn元素发生氧化反应，故溶液中水电离的氢离子放电，发生还原反应生成氢气，同时得到KOH，电解反应方程式为：2K₂MnO₄+2H₂O(电解.)/()2KMnO₄+H₂↑+2KOH；
由图可知，阳离子由左室通过阳离子交换膜进入右室，故左室为阴极室，右室为阴极室，溶液中生成KOH，故A溶液应为KOH溶液；
阳离子交换膜防止锰酸根进入阴极区被还原，提高了Mn元素利用率，
故答案为：2K₂MnO₄+2H₂O(电解.)/()2KMnO₄+H₂↑+2KOH；KOH溶液；阳离子交换膜防止锰酸根进入阴极区被还原． (高温.)/()

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.   2K₂2MnO₄4+2H₂2O；
（2）溶液中通入二氧化碳与溶液中氢氧化钠反应，调节pH，CO₂2使MnO₄4^2-2-发生歧化反应，生成MnO₄4^--和MnO₂2，根据元素守恒可知，会生成K₂2CO₃3，有关反应离子方程式为：3MnO₄4^2-2-+2CO₂2═2MnO₄4^--+MnO₂2↓+2CO₃3^2-2-、2OH^--+CO₂2═CO₃3^2-2-+H₂2O，
故答案为：3MnO₄4^2-2-+2CO₂2═2MnO₄4^--+MnO₂2↓+2CO₃3^2-2-、2OH^--+CO₂2═CO₃3^2-2-+H₂2O；
（3）盐酸具有还原性，易被高锰酸钾氧化，硫酸加入生成的硫酸钾溶解度小，会随KMnO₄4一起结晶析出得到的高锰酸钾中含有杂质，醋酸钾的溶解度比高锰酸钾大的多，蒸发浓缩时基本上都会留在母液中，故答案为：a；
（4）电解K₂2MnO₄4溶液得到KMnO₄4，Mn元素发生氧化反应，故溶液中水电离的氢离子放电，发生还原反应生成氢气，同时得到KOH，电解反应方程式为：2K₂2MnO₄4+2H₂2O(电解.)/()2KMnO₄+H₂↑+2KOH；
由图可知，阳离子由左室通过阳离子交换膜进入右室，故左室为阴极室，右室为阴极室，溶液中生成KOH，故A溶液应为KOH溶液；
阳离子交换膜防止锰酸根进入阴极区被还原，提高了Mn元素利用率，
故答案为：2K₂MnO₄+2H₂O(电解.)/()2KMnO₄+H₂↑+2KOH；KOH溶液；阳离子交换膜防止锰酸根进入阴极区被还原． (电解.)/()

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.   2KMnO₄4+H₂2↑+2KOH；
由图可知，阳离子由左室通过阳离子交换膜进入右室，故左室为阴极室，右室为阴极室，溶液中生成KOH，故A溶液应为KOH溶液；
阳离子交换膜防止锰酸根进入阴极区被还原，提高了Mn元素利用率，
故答案为：2K₂2MnO₄4+2H₂2O(电解.)/()2KMnO₄+H₂↑+2KOH；KOH溶液；阳离子交换膜防止锰酸根进入阴极区被还原． (电解.)/()

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.   2KMnO₄4+H₂2↑+2KOH；KOH溶液；阳离子交换膜防止锰酸根进入阴极区被还原．