Question

4．高錳酸鉀在飲用水和工業(yè)污水處理領域的消費增長較快．實驗室可用軟錳礦（主要成分為MnO₂）為原料制備高錳酸鉀．其部分流程如下：

已知：墨綠色浸出液的成分為K₂MnO₄、KCl溶液
回答下列問題：
（1）實驗中采用鐵坩堝而不是瓷坩堝的原因是：（用化學反應方程式表示）SiO₂+2KOH$\frac{\underline{\;強熱\;}}{\;}$K₂SiO₃+H₂O．
（2）寫出生成K₂MnO₄和KCl反應的化學方程式：KClO₃+3MnO₂+6KOH $\frac{\underline{\;熔融\;}}{\;}$KCl+3K₂MnO₄+3H₂O；
通入CO₂，可使MnO₄^2-發(fā)生反應，生成MnO₄^2-及MnO₂．若通入CO₂太多，則在加熱濃縮時，會有KHCO₃晶體和KMnO₄晶體一起析出．
（3）在加熱、濃縮、烘干的過程中溫度不宜過高，其原因是（用化學反應方程式表示）2KMnO₄$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$O₂↑+MnO₂+K₂MnO₄；過濾用到的玻璃儀器有燒杯、玻璃棒、漏斗；加熱時用玻璃棒不斷攪拌溶液的目的是受熱均勻利于蒸發(fā)溶劑；洗滌KMnO₄晶體用冷水洗滌較好的原因是減少高錳酸鉀的溶解．
（4）計算12.25g KClO₃固體經(jīng)過上述轉(zhuǎn)化，最多可制得KMnO₄的質(zhì)量為31.6g（結(jié)果保留一位小數(shù)）

Answer 1

分析 （1）瓷坩堝原料含有SiO₂，高溫下與KOH發(fā)生反應；
（2）由題意可知，KOH、KClO₃、MnO₂共熔制得綠色溶液中含有K₂MnO₄，KCl，由元素守恒可知，還會生成H₂O；
工藝流程可知，CO₂使MnO₄^2-發(fā)生歧化反應生成MnO₄^-和MnO₂，根據(jù)元素守恒可知，會生成K₂CO₃，若通入CO₂太多會生KHCO₃；
（3）溫度過高KMnO₄發(fā)生分解反應生成錳酸鉀、二氧化錳與氧氣；過濾用到的玻璃儀器有燒杯、玻璃棒、漏斗；加熱時用玻璃棒不斷攪拌，受熱均勻利于蒸發(fā)溶劑，防止液體飛濺；洗滌KMnO₄晶體用冷水洗滌，降低溶解度，減少因溶解導致的損失；
（4）生成K₂MnO₄的反應為：KClO₃+3MnO₂+6KOH $\frac{\underline{\;熔融\;}}{\;}$KCl+3K₂MnO₄+3H₂O，通入二氧化碳時，MnO₄^2-→MnO₄^-，MnO₄^2-→MnO₂，根據(jù)電子轉(zhuǎn)移守恒2n（MnO₂）=n（MnO₄^-），根據(jù)錳元素守恒可知，轉(zhuǎn)化KMnO₄的MnO₄^2-占$\frac{2}{3}$，可得關系式：KClO₃～3K₂MnO₄～2KMnO₄，根據(jù)關系式計算．

解答 解：（1）坩堝原料含有SiO₂，在高溫下，瓷坩堝可以和KOH發(fā)生反應SiO₂+2KOH═K₂SiO₃+H₂O，腐蝕瓷坩堝，故不能使用瓷坩堝，而使用鐵坩堝，
故答案為：SiO₂+2KOH$\frac{\underline{\;強熱\;}}{\;}$K₂SiO₃+H₂O；
（2）由題意可知，KOH、KClO₃、MnO₂共熔制得綠色溶液中含有K₂MnO₄，KCl，由元素守恒可知，還會生成H₂O，反應方程式為：KClO₃+3MnO₂+6KOH $\frac{\underline{\;熔融\;}}{\;}$KCl+3K₂MnO₄+3H₂O，
工藝流程可知，CO₂使MnO₄^2-發(fā)生歧化反應生成MnO₄^-和MnO₂，根據(jù)元素守恒可知，會生成K₂CO₃，若通入CO₂太多會生KHCO₃，會有KHCO₃晶體和KMnO₄晶體一起析出，
故答案為：KClO₃+3MnO₂+6KOH $\frac{\underline{\;熔融\;}}{\;}$KCl+3K₂MnO₄+3H₂O；KHCO₃；
（3）溫度過高KMnO₄發(fā)生分解反應：2KMnO₄$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$O₂↑+MnO₂+K₂MnO₄，故在加熱、濃縮、烘干的過程中溫度不宜過高；過濾用到的玻璃儀器有燒杯、玻璃棒、漏斗；加熱時用玻璃棒不斷攪拌，受熱均勻利于蒸發(fā)溶劑，防止液體飛濺；洗滌KMnO₄晶體用冷水洗滌，降低溶解度，減少因溶解導致的損失，
故答案為：2KMnO₄$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$O₂↑+MnO₂+K₂MnO₄；玻璃棒、漏斗；受熱均勻利于蒸發(fā)溶劑；減少高錳酸鉀的溶解；
（4）生成K₂MnO₄的反應為：KClO₃+3MnO₂+6KOH $\frac{\underline{\;熔融\;}}{\;}$KCl+3K₂MnO₄+3H₂O，通入二氧化碳時，MnO₄^2-→MnO₄^-，MnO₄^2-→MnO₂，根據(jù)電子轉(zhuǎn)移守恒2n（MnO₂）=n（MnO₄^-），根據(jù)錳元素守恒可知，轉(zhuǎn)化KMnO₄的MnO₄^2-占$\frac{2}{3}$，可得關系式：KClO₃～3K₂MnO₄～2KMnO₄，
設12.25g KClO₃固體經(jīng)過上述轉(zhuǎn)化，最多可制得KMnO₄的質(zhì)量為x，則：
KClO₃～3K₂MnO₄～2KMnO₄
122.5          316   
12.25g         x
所以x=$\frac{12.25g×316}{122.5}$=31.6g
故答案為：31.6．

點評 本題考查學生對工藝流程的理解、閱讀獲取信息能力、氧化還原反應、物質(zhì)分離提純、工藝條件的控制等，難度中等，是對所學知識的綜合運用與能力的考查，需要學生具備扎實的基礎知識與綜合運用知識、信息進行解決問題的能力．