Question

6．高錳酸鉀是錳的重要化合物和常用的氧化劑．以下是工業(yè)上用軟錳礦制備高錳酸鉀的一種工藝流程．

（1）上述流程中可以循環(huán)使用的物質(zhì)有KOH、MnO₂（寫化學(xué)式）．
（2）若不考慮制備過程中的損失與物質(zhì)循環(huán)，則1mol MnO₂可制得$\frac{2}{3}$mol KMnO₄；反應(yīng)中二氧化錳的主要作用是還原劑（“氧化劑”、“還原劑”、“催化劑”）．
（3）操作I的名稱是過濾；操作Ⅱ根據(jù)KMnO₄和K₂CO₃兩物質(zhì)在溶解度（填性質(zhì)）上的差異，采用濃縮結(jié)晶（填操作步驟）、趁熱過濾得到KMnO₄粗晶體．
（4）寫出母液中加入生石灰苛化時的反應(yīng)總的離了方程式CO₃^2-+CaO+H₂O=CaCO₃↓+2OH^-．
（5）該生產(chǎn)中需要純凈的CO₂氣體．若實驗室要制備純凈的CO₂，所需試劑最好選擇（選填代號）CD．
A．石灰石    B．稀HCl    C．稀H₂SO₄    D．純堿
所需氣體發(fā)生裝置是A（選填序號）．

Answer 1

分析 將MnO₂和KOH粉碎，目的是增大反應(yīng)物的接觸面積，加快反應(yīng)速率，然后將混合物熔融并通入空氣，根據(jù)流程圖知，二者反應(yīng)生成K₂MnO₄，根據(jù)元素守恒知還生成H₂O，K₂MnO₄和CO₂反應(yīng)生成KMnO₄、K₂CO₃、MnO₂，KMnO₄、K₂CO₃易溶于水而MnO₂難溶于水，將KMnO₄、K₂CO₃、MnO₂溶于水然后過濾得到KMnO₄、K₂CO₃混合溶液，再根據(jù)KMnO₄、K₂CO₃溶解度差異采用加熱濃縮、冷卻結(jié)晶的方法獲得KMnO₄晶體，母液中含有K₂CO₃，加入CaO，發(fā)生反應(yīng)K₂CO₃+CaO+H₂O=CaCO₃↓+2KOH，從而得到KOH；
將KMnO₄晶體洗滌干燥得到純凈的KMnO₄晶體；
（1）根據(jù)流程圖知，KOH和MnO₂都可以循環(huán)利用；
（2）根據(jù)原子守恒知，1molMnO₂可制得1molK₂MnO₄，K₂MnO₄和CO₂反應(yīng)生成KMnO₄、K₂CO₃、MnO₂，反應(yīng)方程式為3K₂MnO₄+2CO₂=2KMnO₄+MnO₂+2K₂CO₃，據(jù)此計算，根據(jù)流程可知，二氧化錳被氧化成K₂MnO₄，據(jù)此判斷；
（3）分離難溶物和溶液采用過濾方法；分離易溶于水的兩種溶質(zhì)根據(jù)其溶解度差異性采用蒸發(fā)結(jié)晶方法．
（4）根據(jù)流程分析可知，母液中加入生石灰苛化時生成碳酸鈣沉淀和氫氧化鉀；
（5）石灰石、碳酸氫鈉都能和稀鹽酸制取二氧化碳，但制取的二氧化碳中含有HCl，稀硫酸和石灰石反應(yīng)生成微溶物硫酸鈣而阻止反應(yīng)，稀硫酸和碳酸氫鈉反應(yīng)生成二氧化碳，且稀硫酸沒有揮發(fā)性，根據(jù)反應(yīng)物質(zhì)特征和反應(yīng)條件選擇裝置．

解答 解：將MnO₂和KOH粉碎，目的是增大反應(yīng)物的接觸面積，加快反應(yīng)速率，然后將混合物熔融并通入空氣，根據(jù)流程圖知，二者反應(yīng)生成K₂MnO₄，根據(jù)元素守恒知還生成H₂O，K₂MnO₄和CO₂反應(yīng)生成KMnO₄、K₂CO₃、MnO₂，KMnO₄、K₂CO₃易溶于水而MnO₂難溶于水，將KMnO₄、K₂CO₃、MnO₂溶于水然后過濾得到KMnO₄、K₂CO₃混合溶液，再根據(jù)KMnO₄、K₂CO₃溶解度差異采用加熱濃縮、冷卻結(jié)晶的方法獲得KMnO₄晶體，母液中含有K₂CO₃，加入CaO，發(fā)生反應(yīng)K₂CO₃+CaO+H₂O=CaCO₃↓+2KOH，從而得到KOH；
將KMnO₄晶體洗滌干燥得到純凈的KMnO₄晶體；
（1）根據(jù)流程圖知，初始反應(yīng)物是KOH和MnO₂，碳酸鉀和石灰苛化得到KOH、錳酸鉀和二氧化碳反應(yīng)生成MnO₂，所以KOH和MnO₂都可以循環(huán)利用，
故答案為：KOH；MnO₂；
（2）根據(jù)原子守恒知，1molMnO₂可制得1molK₂MnO₄，K₂MnO₄和CO₂反應(yīng)生成KMnO₄、K₂CO₃、MnO₂，反應(yīng)方程式為3K₂MnO₄+2CO₂=2KMnO₄+MnO₂+2K₂CO₃，3mol錳酸鉀生成2mol高錳酸鉀，所以1mol二氧化錳生成$\frac{2}{3}$mol高錳酸鉀，根據(jù)流程可知，二氧化錳被氧化成K₂MnO₄，所以二氧化錳作還原劑，
故答案為：$\frac{2}{3}$；還原劑；
（3）分離難溶物和溶液采用過濾方法，KMnO₄、K₂CO₃易溶于水而MnO₂難溶于水，所以操作I為過濾；分離易溶于水的兩種溶質(zhì)根據(jù)其溶解度差異性采用蒸發(fā)結(jié)晶方法，KMnO₄和K₂CO₃都易溶于水但二者溶解度不同，所以操作Ⅱ根據(jù)KMnO₄和K₂CO₃兩物質(zhì)在溶解度上的差異，采用濃縮結(jié)晶、趁熱過濾得到KMnO₄粗晶體，
故答案為：過濾；溶解度；濃縮結(jié)晶；
（4）根據(jù)流程分析可知，母液中加入生石灰苛化時生成碳酸鈣沉淀和氫氧化鉀，反應(yīng)的離子方程式為CO₃^2-+CaO+H₂O=CaCO₃↓+2OH^-，
故答案為：CO₃^2-+CaO+H₂O=CaCO₃↓+2OH^-；
（5）石灰石、純堿都能和稀鹽酸制取二氧化碳，鹽酸具有揮發(fā)性，所以制取的二氧化碳中含有HCl而導(dǎo)致二氧化碳不純凈，稀硫酸和石灰石反應(yīng)生成微溶物硫酸鈣而阻止反應(yīng)，稀硫酸和純堿反應(yīng)生成二氧化碳，且稀硫酸沒有揮發(fā)性，所以制取的二氧化碳較純凈，故選CD，該反應(yīng)為固、液不加熱的反應(yīng)，且純堿易溶于水，所以選擇裝置A，
故答案為：CD；A．

點評 本題考查物質(zhì)制備實驗方案設(shè)計，為高考高頻點，側(cè)重考查物質(zhì)性質(zhì)、基本操作、計算等知識點，明確流程圖中各個環(huán)節(jié)發(fā)生的反應(yīng)、操作方法是解本題關(guān)鍵，注意（3）中錳酸鉀中的Mn元素并不完全轉(zhuǎn)化到高錳酸鉀還部分轉(zhuǎn)化到二氧化錳中，為易錯點．