Question

18．高錳酸鉀是一種用途廣泛的強氧化劑，實驗室制備高錳酸鉀所涉及的化學方程式如下：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．請回答下列問題：
（1）MnO₂熔融氧化應放在④中加熱（填儀器編號）．
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歧化的過程在如圖裝置中進行，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，裝置中使用了兩個氣囊．當試管內(nèi)依次加入塊狀碳酸鈣和鹽酸后，關閉旋塞B、E，微開旋塞A，打開旋塞C、D，往熱K₂MnO₄溶液中通入CO₂氣體，未反應的CO₂被收集到氣囊F中．待氣囊F收集到較多氣體時，關閉旋塞A、C，打開旋塞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，未反應的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，直至K₂MnO₄完全反應．

②檢驗K₂MnO₄歧化完全的實驗操作是用玻璃棒蘸取三頸燒瓶內(nèi)的溶液點在濾紙上，若濾紙上只有紫紅色痕跡，無綠色痕跡，表明反應已歧化完全．
（3）將三頸燒瓶中所得產(chǎn)物進行抽濾，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，自然冷卻結晶，抽濾，得到針狀的高錳酸鉀晶體．本實驗應采用低溫烘干的方法來干燥產(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待測液，用0.1000mol•L^-1草酸鈉標準溶液液進行滴定，終點時消耗標準液體積為50.00mL（不考慮雜質(zhì)的反應），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歧化二步反應制備高錳酸鉀的實驗探究，主要考查的是MnO₂熔融氧化制備的反應容器因反應物中存在KOH，因此只能選擇鐵坩堝，K₂MnO₄歧化反應時為充分利用CO₂合理控制旋塞操作并能利用反應混合液中無綠色錳酸鉀判斷反應完全，以及運用結晶法分離提純高錳酸鉀，并結合氧化還原反應滴定原理，依據(jù)關系式或電子守恒測定產(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，如果該歧化反應結束，則反應后的溶液不會顯示綠色；
（3）蒸發(fā)溶液獲得晶體時不能蒸干，避免固體飛濺；高錳酸鉀在溫度較高時容易分解，需要低溫下烘干；
（4）根據(jù)n=cV計算出25mL待測液消耗的醋酸鈉的物質(zhì)的量，再根據(jù)反應方程式計算出25mL待測液中含有高錳酸鉀的物質(zhì)的量，從而計算出樣品中含有高錳酸鉀的物質(zhì)的量，然后根據(jù)m=nM計算出高錳酸鉀的質(zhì)量，最后計算出純度；

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，所以應用鐵坩堝，所以④正確，故答案為：④；
（2）①待氣囊F收集到較多氣體時，需要將氣囊F中二氧化碳排出到熱K₂MnO₄溶液中，所以需要關閉A、C，打開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，
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內(nèi)的溶液點在濾紙上，若濾紙上只有紫紅色痕跡，無綠色痕跡，表明反應已歧化完全，故答案為：用玻璃棒蘸取三頸燒瓶內(nèi)的溶液點在濾紙上，若濾紙上只有紫紅色痕跡，無綠色痕跡，表明反應已歧化完全；
（3）蒸發(fā)溶液獲得高錳酸鉀時不能蒸干，避免固體飛濺及高錳酸鉀的分解，所以應該加熱到溶液表面出現(xiàn)晶膜時停止加熱，并且應采用低溫烘干的方法來干燥產(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草酸鈉標準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%；

點評 本題通過高錳酸鉀的制備，考查了物質(zhì)制備實驗方案的設計方法，題目難度中等，涉及了樣品中純度計算、化學實驗基本操作方法、物質(zhì)制備原理等知識，明確物質(zhì)制備原理及流程為解答本題的關鍵，試題充分考查了學生的分析、理解能力及化學實驗、化學計算的能力