Question

18．高錳酸鉀是一種用途廣泛的強(qiáng)氧化劑，實(shí)驗(yàn)室制備高錳酸鉀所涉及的化學(xué)方程式如下：MnO₂熔融氧化：3MnO₂+KClO₃+6KOH $\frac{\underline{\;熔融\;}}{\;}$3K₂MnO₄+KCl+3H₂O；
K₂MnO₄歧化：3K₂MnO₄+2CO₂=2KMnO₄+MnO₂↓+2K₂CO₃．
已知K₂MnO₄溶液顯綠色．請(qǐng)回答下列問(wèn)題：
（1）MnO₂熔融氧化應(yīng)放在④中加熱（填儀器編號(hào)）．
①燒杯      ②瓷坩堝      ③蒸發(fā)皿      ④鐵坩堝
（2）在MnO₂熔融氧化所得產(chǎn)物的熱浸取液中通入CO₂氣體，使K₂MnO₄歧化的過(guò)程在如圖裝置中進(jìn)行，A、B、C、D、E為旋塞，F(xiàn)、G為氣囊，H為帶套管的玻璃棒．
①為了能充分利用CO₂，裝置中使用了兩個(gè)氣囊．當(dāng)試管內(nèi)依次加入塊狀碳酸鈣和鹽酸后，關(guān)閉旋塞B、E，微開(kāi)旋塞A，打開(kāi)旋塞C、D，往熱K₂MnO₄溶液中通入CO₂氣體，未反應(yīng)的CO₂被收集到氣囊F中．待氣囊F收集到較多氣體時(shí)，關(guān)閉旋塞A、C，打開(kāi)旋塞B、D、E，輕輕擠壓氣囊F，使CO₂氣體緩緩地壓入K₂MnO₄溶液中再次反應(yīng)，未反應(yīng)的CO₂氣體又被收集在氣囊G中．然后將氣囊G中的氣體擠壓入氣囊F中，如此反復(fù)，直至K₂MnO₄完全反應(yīng)．

②檢驗(yàn)K₂MnO₄歧化完全的實(shí)驗(yàn)操作是用玻璃棒蘸取三頸燒瓶?jī)?nèi)的溶液點(diǎn)在濾紙上，若濾紙上只有紫紅色痕跡，無(wú)綠色痕跡，表明反應(yīng)已歧化完全．
（3）將三頸燒瓶中所得產(chǎn)物進(jìn)行抽濾，將濾液倒入蒸發(fā)皿中，蒸發(fā)濃縮至溶液表面出現(xiàn)晶膜為止，自然冷卻結(jié)晶，抽濾，得到針狀的高錳酸鉀晶體．本實(shí)驗(yàn)應(yīng)采用低溫烘干的方法來(lái)干燥產(chǎn)品，原因是高錳酸鉀晶體受熱易分解．
（4）利用氧化還原滴定法進(jìn)行高錳酸鉀純度分析，原理為：
2MnO₄^-+5C₂O₄^2-+16H⁺=2Mn²⁺+10CO₂↑+8H₂O現(xiàn)稱取制得的高錳酸鉀產(chǎn)品7.245g，配成500mL溶液，用移液管量取25.00mL待測(cè)液，用0.1000mol•L^-1草酸鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液液進(jìn)行滴定，終點(diǎn)時(shí)消耗標(biāo)準(zhǔn)液體積為50.00mL（不考慮雜質(zhì)的反應(yīng)），則高錳酸鉀產(chǎn)品的純度為87.23%（保留4位有效數(shù)字，已知M（KMnO₄）=158g•mol^-1）．

Answer 1

分析 本題是利用MnO₂熔融氧化和K₂MnO₄歧化二步反應(yīng)制備高錳酸鉀的實(shí)驗(yàn)探究，主要考查的是MnO₂熔融氧化制備的反應(yīng)容器因反應(yīng)物中存在KOH，因此只能選擇鐵坩堝，K₂MnO₄歧化反應(yīng)時(shí)為充分利用CO₂合理控制旋塞操作并能利用反應(yīng)混合液中無(wú)綠色錳酸鉀判斷反應(yīng)完全，以及運(yùn)用結(jié)晶法分離提純高錳酸鉀，并結(jié)合氧化還原反應(yīng)滴定原理，依據(jù)關(guān)系式或電子守恒測(cè)定產(chǎn)品的純度，據(jù)此可作答；
（1）熔融固體物質(zhì)需要在坩堝內(nèi)加熱，加熱熔融物含有堿性KOH應(yīng)用鐵坩堝；
（2）①該操作的目的是將氣囊F中的二氧化碳排出，據(jù)此判斷正確的操作方法；
②根據(jù)“K₂MnO₄溶液顯綠色”可知，如果該歧化反應(yīng)結(jié)束，則反應(yīng)后的溶液不會(huì)顯示綠色；
（3）蒸發(fā)溶液獲得晶體時(shí)不能蒸干，避免固體飛濺；高錳酸鉀在溫度較高時(shí)容易分解，需要低溫下烘干；
（4）根據(jù)n=cV計(jì)算出25mL待測(cè)液消耗的醋酸鈉的物質(zhì)的量，再根據(jù)反應(yīng)方程式計(jì)算出25mL待測(cè)液中含有高錳酸鉀的物質(zhì)的量，從而計(jì)算出樣品中含有高錳酸鉀的物質(zhì)的量，然后根據(jù)m=nM計(jì)算出高錳酸鉀的質(zhì)量，最后計(jì)算出純度；

解答 解：（1）熔融固體物質(zhì)需要在坩堝內(nèi)加熱，加熱熔融物中含有堿性KOH，瓷坩堝中含有二氧化硅，二氧化硅能夠與氫氧化鉀反應(yīng)，所以應(yīng)用鐵坩堝，所以④正確，故答案為：④；
（2）①待氣囊F收集到較多氣體時(shí)，需要將氣囊F中二氧化碳排出到熱K₂MnO₄溶液中，所以需要關(guān)閉A、C，打開(kāi)B、D、E，輕輕擠壓氣囊F，從而使CO₂氣體緩緩地壓入K₂MnO₄溶液中再次反應(yīng)，
故答案為：A、C；B、D、E；
②由于K₂MnO₄溶液顯綠色，所以用玻璃棒蘸取三頸燒瓶?jī)?nèi)的溶液點(diǎn)在濾紙上，若濾紙上只有紫紅色痕跡，無(wú)綠色痕跡，表明反應(yīng)已歧化完全，故答案為：用玻璃棒蘸取三頸燒瓶?jī)?nèi)的溶液點(diǎn)在濾紙上，若濾紙上只有紫紅色痕跡，無(wú)綠色痕跡，表明反應(yīng)已歧化完全；
（3）蒸發(fā)溶液獲得高錳酸鉀時(shí)不能蒸干，避免固體飛濺及高錳酸鉀的分解，所以應(yīng)該加熱到溶液表面出現(xiàn)晶膜時(shí)停止加熱，并且應(yīng)采用低溫烘干的方法來(lái)干燥產(chǎn)品，避免高錳酸鉀晶體受熱發(fā)生分解，故答案為：溶液表面出現(xiàn)晶膜為止；高錳酸鉀晶體受熱易分解；
（4）50mL 0.1000mol•L^-1草酸鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液中含有醋酸鈉的物質(zhì)的量為：0.1mol/L×0.05L=0.005mol，根據(jù)反應(yīng)2MnO₄^-+5C₂O₄^2-+16H⁺═2Mn²⁺+10CO₂↑+8H₂O可知，消耗0.005mol醋酸鈉需要消耗高錳酸根離子的物質(zhì)的量為：0.005mol×$\frac{5}{2}$=0.002mol，500mL配制的樣品溶液中含有高錳酸根離子的物質(zhì)的量為：0.002mol×$\frac{500mL}{25mL}$=0.04mol，
則樣品中含有高錳酸鉀的質(zhì)量為：0.04mol×158g•mol^-1=6.32g，
則高錳酸鉀產(chǎn)品的純度為$\frac{6.32g}{7.245g}$×100%=87.23%；
故答案為：87.23%；

點(diǎn)評(píng) 本題通過(guò)高錳酸鉀的制備，考查了物質(zhì)制備實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)方法，題目難度中等，涉及了樣品中純度計(jì)算、化學(xué)實(shí)驗(yàn)基本操作方法、物質(zhì)制備原理等知識(shí)，明確物質(zhì)制備原理及流程為解答本題的關(guān)鍵，試題充分考查了學(xué)生的分析、理解能力及化學(xué)實(shí)驗(yàn)、化學(xué)計(jì)算的能力