Question

9．高錳酸鉀是常用的消毒劑、除臭劑、水質凈化劑以及強氧化劑．如圖是在實驗室中制備KMnO₄晶體的流程：

（1）操作①②目的是獲得K₂MnO₄，同時還產生了KCl和H₂O，試寫出該步反應的化學方程式：KClO₃+3MnO₂+6KOH $\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$3K₂MnO₄+KCl+3H₂O↑．
（2）操作④是使K₂MnO₄轉化為KMnO₄和MnO₂，需要通入某種氣體調pH=10～11，在實際操作中一般選擇CO₂而不是HCl，原因是Cl^-具有還原性，可將K₂MnO₄和KMnO₄還原．
（3）操作④、⑤要用到抽濾裝置，儀器B的名稱是抽濾瓶，相比普通的過濾，該裝置的突出優(yōu)點是過濾速度快、效果好．
（4）準確稱取0.4000g產品放于錐形瓶中，加適量蒸餾水溶解，并加稀硫酸酸化．用0.2000mol•L^-1 的Na₂C₂O₄標準溶液滴定至終點時消耗20.00mL．則產品中KMnO₄的質量分數為63.2%．（保留4位有效數字，不考慮雜質參與反應）后續(xù)的平行實驗中，下列滴定操作會導致測量結果偏高的是D．
A．錐形瓶洗滌后沒有干燥      B．滴定時錐形瓶中有液體濺出
C．滴定終點讀數時俯視          D．滴定管滴定前有氣泡，滴定后氣泡消失．

Answer 1

分析 在堿性條件下氯酸鉀與二氧化錳加熱熔融發(fā)生氧化還原反應，二氧化錳被氧化成錳酸鉀，溶于水得墨綠色K₂MnO₄溶液，K₂MnO₄溶液中加入氫氧化鉀溶液再調節(jié)PH值為10～11，使MnO₄^2-發(fā)生歧化反應，生成MnO₄^-和MnO₂，趁熱過濾除去二氧化錳，得高錳酸鉀溶液，冷卻結晶得高錳酸鉀晶體，
（1）在堿性條件下氯酸鉀與二氧化錳加熱熔融發(fā)生氧化還原反應，生成K₂MnO₄，同時還產生了KCl和H₂O，根據元素守恒書寫化學方程式；
（2）操作④是使MnO₄^2-發(fā)生歧化反應，生成MnO₄^-和MnO₂，若溶液堿性過強，則MnO₄^-又會轉化為MnO₄^2-和氧氣，在調節(jié)PH值時，如果用鹽酸會被高錳酸鉀氧化成氯氣，所以不能用鹽酸調節(jié)PH值；
（3）儀器B為抽濾瓶，抽濾與過濾相比，抽濾速度快、效果好，據此選擇；
（4）先根據數據的有效性求出消耗的高錳酸鉀溶液的體積，再根據反應5C₂O₄^2-+2MnO₄^-+16H⁺═10CO₂↑+2Mn²⁺+8H₂O，則5C₂O₄^2-～2MnO₄^-，計算KMnO₄的質量分數，根據c（待測）=$\frac{c（標準）V（標準）}{V（待測）}$分析不當操作對V（標準）的影響，以此判斷濃度的誤差．

解答 解：在堿性條件下氯酸鉀與二氧化錳加熱熔融發(fā)生氧化還原反應，二氧化錳被氧化成錳酸鉀，溶于水得墨綠色K₂MnO₄溶液，K₂MnO₄溶液中加入氫氧化鉀溶液再調節(jié)PH值為10～11，使MnO₄^2-發(fā)生歧化反應，生成MnO₄^-和MnO₂，趁熱過濾除去二氧化錳，得高錳酸鉀溶液，冷卻結晶得高錳酸鉀晶體，
（1）在堿性條件下氯酸鉀與二氧化錳加熱熔融發(fā)生氧化還原反應，生成K₂MnO₄，同時還產生了KCl和H₂O，反應的化學方程式為：KClO₃+3MnO₂+6KOH $\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$ 3K₂MnO₄+KCl+3H₂O↑，
故答案為：KClO₃+3MnO₂+6KOH $\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$ 3K₂MnO₄+KCl+3H₂O↑；
（2）操作④是使MnO₄^2-發(fā)生歧化反應，生成MnO₄^-和MnO₂，反應的離子方程式為3MnO₄^2-+2H₂O=2MnO₄^-+MnO₂↓+4OH^-，若溶液堿性過強，則MnO₄^-又會轉化為MnO₄^2-和氧氣，反應的離子方程式為 3MnO₄^2-+2H₂O=2MnO₄^-+MnO₂↓+4OH^-，在調節(jié)PH值時，Cl^-具有還原性，可將K₂MnO₄和KMnO₄還原，所以如果用鹽酸會被高錳酸鉀氧化成氯氣，故不能用鹽酸調節(jié)PH值，
故答案為：Cl^-具有還原性，可將K₂MnO₄和KMnO₄還原；
（3）裝置圖中儀器形狀可知B為抽濾瓶，抽濾與過濾相比，抽濾速度快、效果好，所以用抽濾不用過濾，
故答案為：抽濾瓶；過濾速度快、效果好；
（4）先根據數據的有效性求出消耗的高錳酸鉀溶液的體積，再根據反應5C₂O₄^2-+2MnO₄^-+16H⁺═10CO₂↑+2Mn²⁺+8H₂O，準確稱取0.4000g產品放于錐形瓶中，加適量蒸餾水溶解，并加稀硫酸酸化．用0.2000mol•L^-1 的Na₂C₂O₄標準溶液滴定至終點時消耗20.00mL．
            則5C₂O₄^2-～～～～～～2MnO₄^-，
                  5                                    2
0.2000mol•L^-1×0.0200L                 n=$\frac{2}{5}$×0.0040mol=0.0016mol
產品中KMnO₄的質量分數=$\frac{0.0016mol×158g/mol}{0.4000g}$×100%=63.2%，
根據c（待測）=$\frac{c（標準）V（標準）}{V（待測）}$分析不當操作對V（標準）的影響，
A．錐形瓶洗滌后沒有干燥對測定結果無影響，故A錯誤；     
B．滴定時錐形瓶中有液體濺出導致測定結果偏低，B錯誤；
C．滴定終點讀數時俯視，導致標準溶液體積減少，測定結果偏低，故C錯誤；         
D．滴定管滴定前有氣泡，滴定后氣泡消失，讀取標準溶液的體積增大，導致測定結果偏高，故D正確；
故答案為：63.2%；D；

點評 本題考查了制備實驗中的有關知識，題目難度不大，明確常用消毒劑的消毒原理、化學試劑的存放等知識點，注意滴定實驗的過程分析和數值計算．