Question

13．高錳酸鉀是中學(xué)化學(xué)常用的強(qiáng)氧化劑，實驗室中可通過以下反應(yīng)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
相關(guān)物質(zhì)的溶解度數(shù)據(jù)見下表：

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

實驗流程如下：

已知K₂MnO₄溶液顯綠色，KMnO₄溶液紫紅色．請回答下列問題：
（1）步驟①應(yīng)在D中熔化，并用鐵棒用力攪拌，以防結(jié)塊．
A．燒杯          B．蒸發(fā)皿          C．瓷坩堝        D．鐵坩堝
（2）綜合相關(guān)物質(zhì)的化學(xué)性質(zhì)及溶解度，步驟③中可以替代CO₂的試劑是B．
A．二氧化硫      B．醋酸          C．鹽酸        D．硫酸
（3）下列監(jiān)控K₂MnO₄歧化完全的方法或操作可行的是B．
A．通過觀察溶液顏色變化，若溶液顏色由綠色完全變成紫紅色，表明反應(yīng)已歧化完全
B．取上層清液少許于試管中，繼續(xù)通入CO₂，若無沉淀產(chǎn)生，表明反應(yīng)已歧化完全
C．pH試紙測定溶液的pH值，對照標(biāo)準(zhǔn)比色卡，若pH為10～11，表明反應(yīng)已歧化完全
（4）當(dāng)溶液pH值達(dá)10～11時，停止通CO₂；若CO₂過多，造成的后果是二氧化碳和碳酸鉀反應(yīng)生成碳酸氫鉀，結(jié)晶時會同高錳酸鉀一起析出，產(chǎn)品純度降低．
（5）烘干時，溫度控制在80℃為宜，溫度不宜過高的理由是如果溫度過低，烘干時間過長，如果溫度過高，高錳酸鉀受熱分解．
（6）通過用草酸滴定酸化后的KMnO₄溶液的方法可測定KMnO₄粗品的純度（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）．
①滴定過程溶液中發(fā)生的離子反應(yīng)為2MnO₄^-+5H₂C₂O₄+6H⁺=2Mn²⁺+10CO₂↑+8H₂O．
②稱量w g KMnO₄粗產(chǎn)品配制成100ml待測溶液，配制過程中除玻璃棒和燒杯外還需要用到的玻璃儀器有100ml容量瓶、膠頭滴管．
③量取KMnO₄待測液10.00ml，若該滴定管用蒸餾水洗凈后未潤洗，則測定結(jié)果將偏小．
④滴定終點溶液的顏色變化是溶液由紅色變無色．
⑤經(jīng)測定每滴定10.00ml待測液平均消耗c mol/L草酸標(biāo)準(zhǔn)液Vml，樣品純度的表達(dá)式為$\frac{CVM}{250W}$×100%（高錳酸鉀摩爾質(zhì)量用M表示）．

Answer 1

分析 根據(jù)流程圖知，①中發(fā)生反應(yīng)3MnO₂+KClO₃+6KOH$\frac{\underline{\;熔化\;}}{\;}$3K₂MnO₄+KCl+3H₂O，冷卻后搗碎加入蒸餾水并煮沸，然后過濾，濾液中含有KOH、KCl、KClO₃、K₂MnO₄，然后向溶液中通入CO₂并調(diào)節(jié)溶液的pH至10-11，KOH轉(zhuǎn)化為K₂CO₃，根據(jù)溶解性表知，K₂MnO₄溶解度最小，趁熱過濾，得到K₂MnO₄固體，然后抽濾、洗滌烘干得到K₂MnO₄粗晶體，
（1）步驟①熔融固體需要在坩堝中進(jìn)行，且熔融的物質(zhì)和坩堝成分不反應(yīng)；
（2）綜合相關(guān)物質(zhì)的化學(xué)性質(zhì)及溶解度，步驟③中可以替代CO₂的試劑具有酸性，且和錳酸鉀、高錳酸鉀都不反應(yīng)；
（3）如果溶液中存在K₂MnO₄，通入CO₂會產(chǎn)生沉淀；K₂MnO₄溶液顯綠色，KMnO₄溶液紫紅色；
（4）當(dāng)溶液pH值達(dá)10～11時，停止通CO₂；若CO₂過多，二氧化碳和碳酸鉀反應(yīng)生成碳酸氫鉀；
（5）加熱時高錳酸鉀會分解生成錳酸鉀；
（6）①滴定過程中草酸具有還原性，可以還原高錳酸鉀溶液為Mn²⁺，草酸被氧化為二氧化碳，結(jié)合電荷守恒、原子守恒配平書寫離子方程式；
②配制100ml溶液需要溶解、洗滌、轉(zhuǎn)移、定容、搖勻等步驟，依據(jù)操作步驟選擇需要的玻璃儀器；
③量取KMnO₄待測液10.00ml，若該滴定管用蒸餾水洗凈后未潤洗，導(dǎo)致高錳酸鉀溶液濃度減�。�
④滴定終點是利用高錳酸鉀溶液顏色變化判斷，當(dāng)?shù)稳胱詈笠坏尾菟崛芤喝芤鹤霞t色變化為無色且半分鐘不再變化；
⑤2MnO₄^-+5H₂C₂O₄+6H⁺=2Mn²⁺+10CO₂↑+8H₂O
   2        5
   n     c mol/L×V×10^-3L
n=$\frac{2}{5}$cV×10^-3mol，
100ml溶液中含KMnO4物質(zhì)的量n=$\frac{2}{5}$cV×10^-3mol×$\frac{100}{10}$=$\frac{2}{5}$cV×10^-2mol，
據(jù)此計算高錳酸鉀的質(zhì)量分?jǐn)?shù)．

解答 解：根據(jù)流程圖知，①中發(fā)生反應(yīng)3MnO₂+KClO₃+6KOH$\frac{\underline{\;熔化\;}}{\;}$3K₂MnO₄+KCl+3H₂O，冷卻后搗碎加入蒸餾水并煮沸，然后過濾，濾液中含有KOH、KCl、KClO₃、K₂MnO₄，然后向溶液中通入CO₂并調(diào)節(jié)溶液的pH至10-11，KOH轉(zhuǎn)化為K₂CO₃，根據(jù)溶解性表知，K₂MnO₄溶解度最小，趁熱過濾，得到K₂MnO₄固體，然后抽濾、洗滌烘干得到K₂MnO₄粗晶體，
（1）步驟①熔融固體需要在坩堝中進(jìn)行，且熔融的物質(zhì)和坩堝成分不反應(yīng)，步驟①中含有KOH堿性物質(zhì)，KOH能和SiO₂反應(yīng)生成硅酸鉀，所以應(yīng)該用鐵坩堝熔融，故選D，
故答案為：D；
（2）綜合相關(guān)物質(zhì)的化學(xué)性質(zhì)及溶解度，步驟③中可以替代CO₂的試劑具有酸性，且和錳酸鉀、高錳酸鉀都不反應(yīng)，稀鹽酸和二氧化錳都能被酸性高錳酸鉀溶液氧化，所以不能選取，硫酸酸性太強(qiáng)，可以選取醋酸，故選B，
故答案為：B；
（3）如果溶液中存在K₂MnO₄，通入CO₂會產(chǎn)生沉淀，且K₂MnO₄溶液顯綠色，KMnO₄溶液紫紅色，所以可以通過通入二氧化碳是否產(chǎn)生沉淀及溶液在濾紙上的顏色判斷，故選B，
故答案為：B；
（4）當(dāng)溶液pH值達(dá)10～11時，停止通CO₂；若CO₂過多，二氧化碳和碳酸鉀反應(yīng)生成碳酸氫鉀，結(jié)晶時會同高錳酸鉀一起析出，產(chǎn)品純度降低，
故答案為：二氧化碳和碳酸鉀反應(yīng)生成碳酸氫鉀，結(jié)晶時會同高錳酸鉀一起析出，產(chǎn)品純度降低；
（5）如果溫度過低，烘干時間過長，如果溫度過高，會導(dǎo)致高錳酸鉀分解，產(chǎn)率降低，
故答案為：如果溫度過低，烘干時間過長，如果溫度過高，高錳酸鉀受熱分解；
（6）①滴定過程中草酸具有還原性，可以還原高錳酸鉀溶液為Mn²⁺，草酸被氧化為二氧化碳，結(jié)合電荷守恒、原子守恒配平書寫離子方程式為：2MnO₄^-+5H₂C₂O₄+6H⁺=2Mn²⁺+10CO₂↑+8H₂O，
故答案為：2MnO₄^-+5H₂C₂O₄+6H⁺=2Mn²⁺+10CO₂↑+8H₂O；
②配制100mL該溶液時，配制過程中除玻璃棒和燒杯外還需要用到的玻璃儀器有100mL容量瓶、膠頭滴管，
故答案為：100mL容量瓶、膠頭滴管；
③若該滴定管用蒸餾水洗凈后未潤洗，會稀釋溶液濃度，則最終測定結(jié)果將偏小，
故答案為：偏小；
④滴定終點是利用高錳酸鉀溶液顏色變化判斷，當(dāng)?shù)稳胱詈笠坏尾菟崛芤喝芤鹤霞t色變化為無色且半分鐘不再變化，說明反應(yīng)達(dá)到終點，
故答案為：溶液由紅色變無色；
⑤稱量w g KMnO₄粗產(chǎn)品配制成100ml待測溶液，量取KMnO₄待測液10.00ml，經(jīng)測定每滴定10.00ml待測液平均消耗c mol/L草酸標(biāo)準(zhǔn)液Vml，
     2MnO₄^-+5H₂C₂O₄+6H⁺=2Mn²⁺+10CO₂↑+8H₂O
      2          5
      n        c mol/L×V×10^-3L
n=$\frac{2}{5}$cV×10^-3mol，
100ml溶液中含KMnO4物質(zhì)的量n=$\frac{2}{5}$cV×10^-3mol×$\frac{100}{10}$=$\frac{2}{5}$cV×10^-2mol，
樣品純度的表達(dá)式=$\frac{\frac{2}{5}cV×1{0}^{-2}mol×Mg/mol}{wg}$×100%=$\frac{CVM}{250W}$×100%
故答案為：$\frac{CVM}{250W}$×100%．

點評 本題考查制備實驗方案設(shè)計，為高頻考點，側(cè)重考查學(xué)生分析判斷及計算、獲取信息利用信息解答問題及綜合應(yīng)用能力，涉及儀器的選取、物質(zhì)檢驗、物質(zhì)的量的計算等知識點，注意物質(zhì)性質(zhì)的特殊性、容量瓶選取方法和流程分析，題目難度中等．