Question

17．KMnO₄是錳的重要化合物，它是一種良好的氧化劑，用來漂白毛、棉和絲，或使油類脫色．其制備方法如下：
（1）第一步，將軟錳礦（主要成分為MnO₂）和苛性鉀混合，在200～270℃下加熱熔融并通入空氣，可制得綠色的錳酸鉀．該反應(yīng)的離子方程式為2MnO₂+4OH^-+O₂$\frac{\underline{\;熔融\;}}{\;}$2MnO₄^2-+2H₂O；
若改用KClO₃為氧化劑，則轉(zhuǎn)化可以進(jìn)行的更快．若轉(zhuǎn)化等量的MnO₂，前后兩種方法所消耗的氧化劑的物質(zhì)的量之比為3：2
（2）第二步，錳酸鉀可發(fā)生反應(yīng)：3MnO₄^2-+4H⁺?MnO₂+2MnO₄^-+2H₂O
據(jù)據(jù)此分析可知，調(diào)節(jié)錳酸鉀溶液呈酸性（填“酸性”、“堿性”或“中性”），有利于生成KMnO₄．該方法中K₂MnO₄生成KMnO₄理論產(chǎn)率最高為66.7%；．
（3）目前生產(chǎn)KMnO₄更好的方法是電解錳酸鉀溶液法．以特制的Ni電極為陽極，F(xiàn)e板為陰極，電解錳酸鉀溶液，陽極室產(chǎn)生KMnO₄．以軟錳礦為原料生產(chǎn)高錳酸鉀的流程如圖：
電解過程發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為2K₂MnO₄+2H₂O2KMnO₄+2KOH+H₂↑．在整個制備流程中可循環(huán)利用的物質(zhì)是氫氧化鉀（寫名稱）．
（4）在化學(xué)分析上，KMnO₄溶液還經(jīng)常用于某些物質(zhì)的定量測定．如測定質(zhì)量分?jǐn)?shù)約為5%的雙氧水的物質(zhì)的量濃度的實驗過程如下：①取5mL 該雙氧水溶液稀釋到250mL；②再取25mL該稀釋液并滴入少量稀硫酸；③用0.020mol/L KMnO₄溶液進(jìn)行滴定，判斷達(dá)到滴定終點的實驗現(xiàn)象是滴入最后一滴高錳酸鉀標(biāo)準(zhǔn)溶液，錐形瓶中溶液由無色變?yōu)闇\紫色，且半分鐘內(nèi)不褪色；④重復(fù)操作三次后，消耗KMnO₄溶液體積的平均值為14.70mL，則該雙氧水的物質(zhì)的量濃度為1.470mol/L（保留三位小數(shù)）．

Answer 1

分析 （1）由題給轉(zhuǎn)化關(guān)系可知，MnO₂、KOH的熔融混合物中通入空氣時發(fā)生反應(yīng)生成K₂MnO₄，根據(jù)元素守恒還應(yīng)生成水．反應(yīng)中錳元素由+4價升高為+6價，總升高2價，氧元素由0價降低為-2價，總共降低4價，化合價升降最小公倍數(shù)為4，所以MnO₂系數(shù)2，O₂系數(shù)為1，根據(jù)錳元素守恒確定K₂MnO₄系數(shù)，根據(jù)鉀元素守恒確定KOH系數(shù)，根據(jù)氫元素守恒確定H₂O系數(shù)；根據(jù)得失電子守恒計算兩種方法所消耗的氧化劑的物質(zhì)的量之比；
（2）根據(jù)化學(xué)平衡移動原理分析，當(dāng)K₂MnO₄生完全轉(zhuǎn)化為成MnO₂和KMnO₄時，KMnO₄理論產(chǎn)率最高；
（3）根據(jù)兩極反應(yīng)書寫電解過程發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式，根據(jù)流程圖可得出在整個制備流程中可循環(huán)利用的物質(zhì)是氫氧化鉀；
（4）高錳酸鉀為紫色，當(dāng)?shù)味ǖ浇K點時，H₂O₂被完全氧化，加入的最后一滴高錳酸鉀不反應(yīng)，溶液的顏色為淺紫色，且半分鐘內(nèi)不褪色；根據(jù)反應(yīng)離子方程式為2MnO₄^-+5H₂O₂+6H⁺=2Mn²⁺+5O₂↑+8H₂O，據(jù)此計算．

解答 解：（1）由題給轉(zhuǎn)化關(guān)系可知，MnO₂、KOH的熔融混合物中通入空氣時發(fā)生反應(yīng)生成K₂MnO₄，根據(jù)元素守恒還應(yīng)生成水．反應(yīng)中錳元素由+4價升高為+6價，總升高2價，氧元素由0價降低為-2價，總共降低4價，化合價升降最小公倍數(shù)為4，所以MnO₂系數(shù)2，O₂系數(shù)為1，根據(jù)錳元素守恒確定K₂MnO₄系數(shù)為2，根據(jù)鉀元素守恒確定KOH系數(shù)為4，根據(jù)氫元素守恒確定H₂O系數(shù)為2，所以反應(yīng)化學(xué)方程式為2MnO₂+4KOH+O₂ $\frac{\underline{\;熔融\;}}{\;}$2K₂MnO₄+2H₂O，故離子方程式為2MnO₂+4OH^-+O₂$\frac{\underline{\;熔融\;}}{\;}$2MnO₄^2-+2H₂O，根據(jù)得失電子守恒，都轉(zhuǎn)化1molMnO₂時，第一種方法需氧化劑O₂0.5mol，若用KClO₃為，需KClO₃氧化劑$\frac{1}{3}$mol，兩種方法所消耗的氧化劑的物質(zhì)的量之比為0.5：$\frac{1}{3}$=3：2；
故答案為：2MnO₂+4OH^-+O₂$\frac{\underline{\;熔融\;}}{\;}$2MnO₄^2-+2H₂O；3：2；
（2）根據(jù)化學(xué)平衡移動原理，要有利于生成KMnO₄，應(yīng)使反應(yīng)3MnO₄^2-+4H⁺?MnO₂+2MnO₄^-+2H₂O正向移動，則應(yīng)調(diào)節(jié)錳酸鉀溶液呈酸性，相當(dāng)于增大H⁺濃度，平衡正向移動，該方法中當(dāng)K₂MnO₄生完全轉(zhuǎn)化為成MnO₂和KMnO₄時，KMnO₄理論產(chǎn)率最高，根據(jù)方程式計算為2/3=66.7%，
故答案為：酸性； 66.7%；
（3）由題給信息電解錳酸鉀溶液，陽極室產(chǎn)生KMnO₄，陰極應(yīng)為水電離出的氫離子放電生成氫氣，根據(jù)兩極反應(yīng)書寫電解過程發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為2K₂MnO₄+2H₂O2KMnO₄+2KOH+H₂↑根據(jù)流程圖可得出在整個制備流程中可循環(huán)利用的物質(zhì)是氫氧化鉀，
故答案為：2K₂MnO₄+2H₂O2KMnO₄+2KOH+H₂↑；氫氧化鉀；
（4）高錳酸鉀為紫色，當(dāng)?shù)味ǖ浇K點時，H₂O₂被完全氧化，加入的最后一滴高錳酸鉀不反應(yīng)，溶液的顏色為淺紫色，滴定消耗KMnO₄的物質(zhì)的量為14.70×10^-3×0.020mol/L=2.94×10^-4mol，根據(jù)反應(yīng)離子方程式為2MnO₄^-+5H₂O₂+6H⁺=2Mn²⁺+5O₂↑+8H₂O，25mL雙氧水稀釋液中含n（H₂O₂）=$\frac{5}{2}$n（MnO₄^-）=7.35×10^-4mol，則原溶液5mL 雙氧水溶液稀釋到250mL，含n（H₂O₂）=7.35×10^-4mol×10=7.35×10^-3mol，則該雙氧水的物質(zhì)的量濃度為
$\frac{7.35×1{0}^{-3}mol}{0.005L}$=1.470mol/L；
故答案為：滴入最后一滴高錳酸鉀標(biāo)準(zhǔn)溶液，錐形瓶中溶液由無色變?yōu)闇\紫色，且半分鐘內(nèi)不褪色；1.470．

點評 本題考查常見氧化劑與還原劑、氧化還原反應(yīng)滴定、化學(xué)計算和對化學(xué)平衡移動原理的應(yīng)用、閱讀題目獲取信息的能力等，難度中等，需要學(xué)生具有扎實的基礎(chǔ)知識與靈活運用知識解決問題的能力．