Question

某化学研究性学习小组在研究 KClO₃ 制取氧气实验时查得如下资料：
资料一：KClO₃ 单独加热到363℃时熔融，在380℃时发生两个反应：①4KClO₃=3KClO₄+KCl
②2KClO₃=2KCl+3O₂↑ 加热至400℃以上时KClO₄ 又发生分解，放出大量的O₂．
资料二：若用MnO₂ 作催化剂，则KClO₃ 在200℃时就能迅速分解，但制得的氧气中有氯气的气味，生成的氯化钾又略带紫红色，认为反应过程如下：③2KClO₃+2MnO₂=2KMnO₄+Cl₂↑+O₂↑ ④2KMnO₄=K₂MnO₄+MnO₂+O₂↑⑤Cl₂+K₂MnO₄=2KCl+MnO₂+O₂↑
资料三：部分物质的物理性质

物质	颜色和状态	密度/g?cm3	0℃时溶解度/g	100℃时溶解度/g
KCl	无色晶体	1.98	27.6	56.7
KClO3	无色晶体	2.32	3.3	57
KClO4	无色晶体	2.32	0.75	21.8

请回答下列问题
（1）在KClO₃ 与 KClO₄ 中，热稳定性较好的是

 

（2）单独加热KClO₃ 制取氧气时，试管口应稍向

 

（填“上”或“下”）倾斜，证明生成物中有KCl 的方法是：

 

．假设资料一中只发生反应①，则证明有KClO₄ 生成的实验方法是

 

．
（3）若用MnO₂ 作催化剂制取氧气时，反应③中氧化产物是

 

（填化学式），按该反应过程，若制取1.5molO₂，总共有

 

mol电子发生转移．
（4）若用MnO₂ 作催化剂加热KClO₃ 时，两者质量比以MnO₂ 占

1

3

为最好．若用占

1

10

的 MnO₂ 和KClO₃共热时，开始放出氧气较慢，继续加热至一定温度时，放出氧气的速率会很快，其主要原因可能是

 

．

Answer 1

考点：性质实验方案的设计

专题：实验设计题

分析：（1）根据氯酸钾受热分解生成高氯酸钾判断二者稳定性；
（2）从防水蒸汽回流角度考虑；用硝酸银和稀硝酸来检验氯离子；根据氯酸钾和高氯酸钾溶解度的不同选择溶解方法检验；
（3）根据化合价变化判断氧化产物；根据反应方程式判断生成一定量氧气转移电子数，进而计算生成1.5mol氧气转移电子数；
（4）二氧化锰为催化剂，二氧化锰过少说明没与氯酸钾充分接触，后来反应速率加快，二氧化锰量没变，只能是反应物状态发生变化，接触充分．

解答： 解：（1）因加热时，①4KClO₃=3KClO₄+KCl，②2KClO₃=2KCl+3O₂↑，故热稳定性较好的为高氯酸钾，故答案为：KClO₄；
（2）样品不干燥，加热过程中可能产生蒸馏水，防止水蒸汽回流炸裂试管，故试管口稍向上倾斜，证明含氯化钾，即是检验氯离子，可用硝酸银来检验，具体操作为：将生成物配成溶液，取少量放入试管，加入AgNO₃溶液，有不溶于HNO₃的白色沉淀生成，证明生成物中有KCl；从所给物质的溶解度可知，0℃时，氯酸钾和高氯酸钾溶解度相差较大，故可取3.3g氯酸钾两份，一份溶于100g0℃水，另一份加热到380℃，冷却研细后再溶于100g0℃水，若有白色不溶物，证明生成了高氯酸钾，
故答案为：上； 将生成物配成溶液，加入AgNO₃溶液，有不溶于HNO₃的白色沉淀生成，证明生成物中有KCl；取两份相同质量的KClO₃（各3.3g），一份溶于100g0℃的水中，另一份加热到380℃，冷却后，取出研细，溶于100g0℃的水中，振荡，有白色不溶物，证明有KClO₄生成；
（3）2KClO₃+2MnO₂=2KMnO₄+Cl₂↑+O₂↑ 中，Mn元素化合价从+2价升为+7价，故高锰酸钾为氧化产物，O元素化合价从-2价升为0价，故氧气也为氧化产物；
反应③生成1mol氧气转移，转移10mol电子，反应④中生成1mol氧气转移4mol电子，反应⑤中生成1mol氧气转移4mol电子，故按资料二，生成3mol氧气转移10+4+4=18mol电子，则生成1.5mol氧气转移9mol电子，
故答案为：KMnO₄和O₂；9；
（4）二氧化锰为催化剂，二氧化锰过少说明没与氯酸钾充分接触，后来反应速率加快，二氧化锰量没变，只能是反应物状态发生变化，接触充分，
故答案为：MnO₂的质量占1/10时，在开始时KClO₃与MnO₂接触少，放出的氧气慢且少，加热至KClO₃熔融与MnO₂广泛接触，释放出氧气速率会加快．

点评：本题考查氧化还原反应，为高频考点，把握反应中元素的化合价变化为解答的关键，侧重反应机理的考查，题目难度不大．