Question

13．將a mol KClO₃和b mol MnO₂的混合物加熱分解一段時(shí)間后，再在混合物中加入足量的濃硫酸，并加熱，若要使收集到的O₂和Cl₂的量為最大，則a、b取不同的值時(shí)，KClO₃的分解率是多少？

Answer 1

分析 ①氯酸鉀完全分解生成氧氣最多，二氧化錳足量，發(fā)生反應(yīng)：2KCl+MnO₂+2H₂SO₄$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$MnSO₄+K₂SO₄+Cl₂↑+2H₂O，將KCl中Cl元素全部轉(zhuǎn)化為氯氣得到氯氣的量最大，此時(shí)氯酸鉀轉(zhuǎn)化率為100%；
②若MnO₂不能將KCl中氯元素全部轉(zhuǎn)化為氯氣，根據(jù)2KCl+MnO₂+2H₂SO₄$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$MnSO₄+K₂SO₄+Cl₂↑+2H₂O，結(jié)合Cl原子守恒可以表示出二氧化錳的極大值，表示出反應(yīng)中消耗KCl的物質(zhì)的量，氯酸鉀部分分解，分解后氯元素全部轉(zhuǎn)化為氯氣時(shí)，收集到的O₂和Cl₂的量為最大，根據(jù)氯原子守恒可知分解后KClO₃、KCl的總物質(zhì)的量為amol，結(jié)合KClO₃+5KCl+3H₂SO₄$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$3Cl₂↑+3K₂SO₄+3H₂O，表示出分解后KClO₃的物質(zhì)的量，進(jìn)而表示出KClO₃的分解率．

解答 解：①氯酸鉀完全分解生成氧氣最多，二氧化錳足量，發(fā)生反應(yīng)：2KCl+MnO₂+2H₂SO₄$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$MnSO₄+K₂SO₄+Cl₂↑+2H₂O，將KCl中Cl元素全部轉(zhuǎn)化為氯氣得到氯氣的量最大，此時(shí)氯酸鉀轉(zhuǎn)化率為100%，此時(shí)b≥0.5a，
②若MnO₂不能將KCl中氯元素全部轉(zhuǎn)化為氯氣，根據(jù)2KCl+MnO₂+2H₂SO₄$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$MnSO₄+K₂SO₄+Cl₂↑+2H₂O，結(jié)合Cl原子守恒，可知b＜0.5a，分解后氯元素全部轉(zhuǎn)化為氯氣時(shí)，收集到的O₂和Cl₂的量為最大，根據(jù)氯原子守恒可知分解后KClO₃、KCl的總物質(zhì)的量為amol，
  2KCl+MnO₂+2H₂SO₄$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$MnSO₄+K₂SO₄+Cl₂↑+2H₂O
2b mol bmol
結(jié)合KClO₃+5KCl+3H₂SO₄$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$3Cl₂↑+3K₂SO₄+3H₂O可知，分解后KClO₃的物質(zhì)的量（amol-2b mol）$\frac{1}{6}$，故KClO₃的分解率為$\frac{amol-（a-2b）mol×\frac{1}{6}}{amol}$=$\frac{5}{6}$+$\frac{1}{3}$×$\frac{a}$，
答：若要使收集到的O₂和Cl₂的量為最大，KClO₃的分解率是100%（b≥0.5a）或（$\frac{5}{6}$+$\frac{1}{3}$×$\frac{a}$）且b＜0.5a．

點(diǎn)評 本題考查混合物計(jì)算，屬于討論型計(jì)算，關(guān)鍵是明確可能發(fā)生的反應(yīng)，利用方程式與守恒法計(jì)算解答，側(cè)重考查學(xué)生的分析計(jì)算能力，難度較大．