Question

高锰酸钾在饮用水和工业污水处理领域的消费增长较快．实验室可用软锰矿（主要成分MnO₂）为原料制备高锰酸钾．其部分流程如下：

已知：①流程中所加软锰矿中含50g MnO₂；
②生成墨绿色浸出液的反应为：KClO₃+3MnO₂+6KOH═3K₂MnO₄+KCl+3H₂O．回答下列问题：
（1）实验中采用铁坩埚而不用瓷坩埚的原因是

 

．
（2）写出通入CO₂，可使MnO₄^2-发生反应，生成MnO₄^-及MnO₂的离子方程式：

 

；若通入CO₂太多，则在加热浓缩时，会有

 

晶体和KMnO₄晶体一起析出．
（3）在加热、浓缩、烘干的过程中温度不宜过高，其原因是

 

；趁势过滤的目的

 

；加热时用玻璃棒不断搅拌溶液的目的是

 

；洗涤KMnO₄晶体用冷水洗涤较好的原因是

 

．
（4）计算12.25g KClO₃固体经过上述转化，最多可制得KMnO₄的质量为

 

（结果保留一位小数）．

Answer 1

考点：物质分离和提纯的方法和基本操作综合应用,制备实验方案的设计

专题：实验设计题

分析：KOH、KClO₃、MnO₂共熔制得绿色K₂MnO₄，通入CO₂，可使MnO₄^2-发生歧化反应，生成MnO₄^-及MnO₂，若通入CO₂太多，会生KHCO₃，滤液中含有KHCO₃、KMnO₄，经过滤、洗涤、加热、浓缩、烘干可得到高锰酸钾，
（1）瓷坩埚原料含有SiO₂，在高温下，瓷坩埚可以和KOH发生反应SiO₂+2KOH═K₂SiO₃+H₂O；
（2）通入CO₂，可使MnO₄^2-发生歧化反应，生成MnO₄^-及MnO₂，若通入CO₂太多，会生KHCO₃；
（3）KMnO₄在温度过高的条件下会发生分解反应，故在加热、浓缩、烘干的过程中温度不宜过高，温度降低，物质的溶解度降低，混合液趁热过滤，减少产品的损失，提高产率，使用玻璃棒搅拌，可以使溶液受热均匀，有利于蒸发溶剂，洗涤KMnO₄晶体用冷水洗涤较好的原因是防止高锰酸钾溶解；
（4）根据反应的关系式计算．

解答： 解：KOH、KClO₃、MnO₂共熔制得绿色K₂MnO₄，通入CO₂，可使MnO₄^2-发生歧化反应，生成MnO₄^-及MnO₂，若通入CO₂太多，会生KHCO₃，滤液中含有KHCO₃、KMnO₄，经过滤、洗涤、加热、浓缩、烘干可得到高锰酸钾，
（1）瓷坩埚原料含有SiO₂，在高温下，瓷坩埚可以和KOH发生反应SiO₂+2KOH═K₂SiO₃+H₂O，腐蚀瓷坩埚，故不能使用瓷坩埚，而使用铁坩埚，
故答案为：在高温下，瓷坩埚可以和KOH发生反应SiO₂+2KOH═K₂SiO₃+H₂O，腐蚀瓷坩埚；
（2）通入CO₂，可使MnO₄^2-发生歧化反应，生成MnO₄^-及MnO₂，反应的离子方程式为3MnO₄^2-+2CO₂=2MnO₄^-+MnO₂+2CO₃^2-，工艺流程可知，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，若通入CO₂太多，会生KHCO₃，
故答案为：3MnO₄^2-+2CO₂=2MnO₄^-+MnO₂+2CO₃^2-；KHCO₃；
（3）KMnO₄在温度过高的条件下会发生分解反应，故在加热、浓缩、烘干的过程中温度不宜过高，温度降低，物质的溶解度降低，混合液趁热过滤，减少产品的损失，提高产率，使用玻璃棒搅拌，可以使溶液受热均匀，有利于蒸发溶剂，洗涤KMnO₄晶体用冷水洗涤较好的原因是防止高锰酸钾溶解，
故答案为：温度过高会导致KMnO₄分解；防止KMnO₄结晶析出；受热均匀，有利于蒸发溶剂；减少高锰酸钾的溶解；
（4）设计反应分别为KClO₃+3MnO₂+6KOH═3K₂MnO₄+KCl+3H₂O、3MnO₄^2-+3CO₂+2OH^-=2MnO₄^-+MnO₂+3CO₃^2-+H₂O，可得关系式KClO₃～2KMnO₄，
             122.5  2×158 
             12.25g   m
m=2×15.8g=31.6g，
故答案为：31.6g．

点评：本题考查学生对工艺流程的理解、阅读获取信息能力、物质推断、氧化还原反应、工艺条件的控制等，难度中等，是对所学知识的综合运用与能力的考查，需要学生具备扎实的基础知识与综合运用知识、信息进行解决问题的能力．