Question

18．高锰酸钾是中学化学常用的强氧化剂，实验室中可通过以下反应制得：
MnO₂熔融氧化：3MnO₂+KClO₃+6KOH$\frac{\underline{\;熔化\;}}{\;}$3K₂MnO₄+KCl+3H₂O
K₂MnO₄歧化：3K₂MnO₄+2CO₂=2KMnO₄+MnO₂↓+2K₂CO₃
相关物质的溶解度数据见下表：

20℃	K2CO3	KHCO3	K2SO4	KMnO4
s（g/100g水）	111	33.7	11.1	6.34

已知K₂MnO₄溶液显绿色，KMnO₄溶液显紫红色．实验流程如下：
请回答：

（1）步骤①应在D中熔化，并用铁棒用力搅拌，以防结块．
A．烧杯　       B．蒸发皿　       C．瓷坩埚　     D．铁坩埚
（2）①综合相关物质的化学性质及溶解度，步骤③中可以替代CO₂的试剂是B．
A．二氧化硫　   B．稀醋酸　       C．稀盐酸　     D．稀硫酸
②当溶液pH值达10～11时，停止通CO₂；若CO₂过多，造成的后果是二氧化碳和碳酸钾反应生成碳酸氢钾，结晶时会同高锰酸钾一起析出，产品纯度降低．
（3）烘干时，温度控制在80℃为宜，理由是如果温度过低，烘干时间过长，如果温度过高，高锰酸钾受热分解．
（4）工业上采用电解K₂MnO₄水溶液的方法来生产KMnO₄，其中隋性电极作阳极，铁作阴极．请写出阳极的电极反应式MnO₄^2--e^-═MnO₄^-，与原方法相比，电解法的优势为K₂MnO₄中的锰元素可以完全转化到KMnO₄中，提高利用率．
（5）通过用草酸滴定KMnO₄溶液的方法可测定KMnO₄粗品的纯度（质量分数）．
①量取KMnO₄溶液应选用酸式（填“酸式”或“碱式”）滴定管；若量取KMnO₄溶液的滴定管用蒸馏水洗净后未润洗，则最终测定结果将偏小（填“偏大”、“偏小”或“不变”）．
②滴定过程中反应的离子方程式为2MnO₄^-+5H₂C₂O₄+6H⁺=2Mn²⁺+10CO₂↑+8H₂O．（已知：常温下0.01mol/L的H₂C₂O₄溶液的pH为2.1）．

Answer 1

分析 根据流程图知，①中发生反应3MnO₂+KClO₃+6KOH$\frac{\underline{\;熔化\;}}{\;}$3K₂MnO₄+KCl+3H₂O，冷却后捣碎加入蒸馏水并煮沸，然后过滤，滤液中含有KOH、KCl、KClO₃、K₂MnO₄，然后向溶液中通入CO₂并调节溶液的pH至10-11，KOH转化为K₂CO₃，根据溶解性表知，K₂MnO₄溶解度最小，趁热过滤，得到K₂MnO₄固体，然后抽滤、洗涤烘干得到K₂MnO₄粗晶体．
（1）步骤①熔融固体需要在坩埚中进行，且熔融的物质和坩埚成分不反应；
（2）①综合相关物质的化学性质及溶解度，步骤③中可以替代CO₂的试剂具有酸性，且和锰酸钾、高锰酸钾都不反应；
②当溶液pH值达10～11时，停止通CO₂；若CO₂过多，二氧化碳和碳酸钾反应生成碳酸氢钾；
（3）加热时高锰酸钾会分解生成锰酸钾；
（4）惰性电极作阳极，铁作阴极，则阳极上失去电子发生氧化反应；用电解法可以将K₂MnO₄完全转化成KMnO₄；
（5）①酸性溶液只能用酸式滴定管量取，碱性溶液只能用碱式滴定管量取；若该滴定管用蒸馏水洗净后未润洗，则最终测定结果将偏小；
②高锰酸根在酸性条件下与草酸反应生成 锰离子和二氧化碳，据此书写离子方程式．

解答 解：根据流程图知，①中发生反应3MnO₂+KClO₃+6KOH$\frac{\underline{\;熔化\;}}{\;}$3K₂MnO₄+KCl+3H₂O，冷却后捣碎加入蒸馏水并煮沸，然后过滤，滤液中含有KOH、KCl、KClO₃、K₂MnO₄，然后向溶液中通入CO₂并调节溶液的pH至10-11，KOH转化为K₂CO₃，根据溶解性表知，K₂MnO₄溶解度最小，趁热过滤，得到K₂MnO₄固体，然后抽滤、洗涤烘干得到K₂MnO₄粗晶体，
（1）步骤①熔融固体需要在坩埚中进行，且熔融的物质和坩埚成分不反应，步骤①中含有KOH碱性物质，KOH能和SiO₂反应生成硅酸钾，所以应该用铁坩埚熔融，
故选：D；
（2）①综合相关物质的化学性质及溶解度，步骤③中可以替代CO₂的试剂具有酸性，且和锰酸钾、高锰酸钾都不反应，稀盐酸和二氧化锰都能被酸性高锰酸钾溶液氧化，所以不能选取，硫酸酸性太强，可以选取醋酸，故选：B；
②当溶液pH值达10～11时，停止通CO₂；若CO₂过多，二氧化碳和碳酸钾反应生成碳酸氢钾，结晶时会同高锰酸钾一起析出，产品纯度降低，
故答案为：二氧化碳和碳酸钾反应生成碳酸氢钾，结晶时会同高锰酸钾一起析出，产品纯度降低；
（3）如果温度过低，烘干时间过长，如果温度过高，会导致高锰酸钾分解，产率降低，
故答案为：如果温度过低，烘干时间过长，如果温度过高，高锰酸钾受热分解；
（4）惰性电极作阳极，铁作阴极，则阳极上失去电子发生氧化反应，则阳极反应为MnO₄^2--e^-═MnO₄^-，与原方法相比，电解法的优势为K₂MnO₄中的锰元素可以完全转化到KMnO₄中，提高利用率，
故答案为：MnO₄^2--e^-═MnO₄^-；K₂MnO₄中的锰元素可以完全转化到KMnO₄中，提高利用率；
（5）①酸性溶液只能用酸式滴定管量取，碱性溶液只能用碱式滴定管量取，高锰酸钾溶液具有酸性，应该用酸式滴定管量取；
若该滴定管用蒸馏水洗净后未润洗，会稀释溶液浓度，则最终测定结果将偏小，
故答案为：酸式；偏小；
②高锰酸根在酸性条件下与草酸反应生成 锰离子和二氧化碳，反应的离子方程式为2MnO₄^-+5H₂C₂O₄+6H⁺=2Mn²⁺+10CO₂↑+8H₂O，
故答案为：2MnO₄^-+5H₂C₂O₄+6H⁺=2Mn²⁺+10CO₂↑+8H₂O．

点评 本题考查制备实验方案设计，涉及仪器的选取、物质检验、对操作的分析评价、物质的量的计算、氧化还原反应滴定等知识点，侧重考查学生分析计算、获取信息与迁移运用能力，是对学生综合能力的考查．