Question

15．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，圖1是在實驗室中制備KMnO₄晶體的流程：

回答下列問題：
（1）操作②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↑．操作①和②均需在坩堝中進行，根據實驗實際應選擇c（填序號）．
a．瓷坩堝    b．氧化鋁坩堝    c．鐵坩堝    d．石英坩堝
（2）操作④是使K₂MnO₄轉化為KMnO₄和MnO₂，該轉化過程中發(fā)生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-，該轉化過程中發(fā)生反應的離子方程式為3MnO₄^2-+2H₂O=2MnO₄^-+MnO₂↓+4OH^-．因此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⑤過濾時，選擇圖3所示裝置而不用圖2所示裝置的原因是過濾速度快、效果好．

（4）還可采用電解K₂MnO₄溶液（綠色）的方法制造KMnO₄（電解裝置如圖4所示），電解過程中右側石墨電極的電極反應式為MnO₄^2--e^-=MnO₄^-．溶液逐漸由綠色變?yōu)樽仙�．但若電解時間過長，溶液顏色又會轉變成綠色，可能的原因是電解較長時間后，陽極產生的MnO₄^-在陰極被還原，紫色又轉變?yōu)榫G色（或陰極上氫離子放電生成氫氣，同時產生大量的氫氧根離子，溶液堿性增強，紫色又轉變?yōu)榫G色）．

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；操作①和②中均有強堿性物質加熱，所以不能用含有與堿反應的成份的坩堝，據此答題；
（2）操作④是使MnO₄^2-發(fā)生歧化反應，生成MnO₄^-和MnO₂，根據電荷守恒和元素守恒可書寫離子方程式，若溶液堿性過強，則MnO₄^-又會轉化為MnO₄^2-和氧氣，據此書寫離子方程式，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）抽濾與過濾相比，抽濾速度快、效果好，據此選擇；
（4）電解K₂MnO₄溶液（綠色）的方法制造KMnO₄，電解過程中右側石墨電極為陽極，是K₂MnO₄發(fā)生氧化反應生成KMnO₄電解較長時間后，陽極產生的MnO₄^-在陰極被還原，紫色又轉變?yōu)榫G色（或陰極上氫離子放電生成氫氣，同時產生大量的氫氧根離子，溶液堿性增強，紫色又轉變?yōu)榫G色）．

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，操作①和②中均有強堿性物質加熱，所以不能用含有與堿反應的成份的坩堝，故選c，
故答案為：KClO₃+3MnO₂+6KOH $\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$ 3K₂MnO₄+KCl+3H₂O↑；c；
（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：3MnO₄^2-+2H₂O=2MnO₄^-+MnO₂↓+4OH^-；3MnO₄^2-+2H₂O=2MnO₄^-+MnO₂↓+4OH^-；Cl^-具有還原性，可將K₂MnO₄和KMnO₄還原；
（3）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：過濾速度快、效果好；
（4）電解K₂MnO₄溶液（綠色）的方法制造KMnO₄，電解過程中右側石墨電極為陽極，是K₂MnO₄發(fā)生氧化反應生成KMnO₄，電極反應式為MnO₄^2--e^-=MnO₄^-，電解較長時間后，陽極產生的MnO₄^-在陰極被還原，紫色又轉變?yōu)榫G色（或陰極上氫離子放電生成氫氣，同時產生大量的氫氧根離子，溶液堿性增強，紫色又轉變?yōu)榫G色），
故答案為：MnO₄^2--e^-=MnO₄^-；電解較長時間后，陽極產生的MnO₄^-在陰極被還原，紫色又轉變?yōu)榫G色（或陰極上氫離子放電生成氫氣，同時產生大量的氫氧根離子，溶液堿性增強，紫色又轉變?yōu)榫G色）．

點評 本題考查了制備實驗中的有關知識，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，易錯題是④，注意錳酸鉀和二氧化碳的反應中錳酸鉀既作氧化劑又作還原劑．