Question

某研究性學習小組進行了一系列化學實驗后，發(fā)現(xiàn)高錳酸鉀分解后的含錳元素的化合物都能和濃鹽酸反應制得氯氣，錳化合物的還原產(chǎn)物都是MnCl₂（如：K₂MnO₄+8HCl═MnCl₂+2Cl₂↑+2KCl+4H₂O）．他們又進行了以下一些有關定量的實驗，按要求填空或計算（氣體體積都折合成標準狀況）．
（1）稱取了15.8g KMnO₄粉末，放在試管中加熱充分反應后，收集到氣體的體積是______；另取31.6g KMnO₄粉末和足量鹽酸反應，收集到氣體體積是______．
（2）將31.6g KMnO₄粉末加熱一段時間，收集到1.12L氣體后停止加熱，冷卻后放入足量的濃鹽酸再加熱，又收集到氣體體積是______．
（3）將a mol KMnO₄粉末加熱一段時間，收集到V₁L氣體后停止加熱，冷卻后放入足量的濃鹽酸再加熱反應充分后，又收集到氣體體積V₂L．則V₂=______（用a、V₁表達）．

Answer 1

解：（1）15.8g KMnO₄粉末物質(zhì)的量==0.1mol，放在試管中加熱充分反應，
化學方程式為2KMnO₄K₂MnO₄+MnO₂+O₂↑，生成氧氣物質(zhì)的量為0.05mol，
所以氧氣的體積在標準狀況下=0.05mol×22.4L/mol=1.12L；
取31.6g KMnO₄粉末和足量鹽酸反應生成的氣體是氯氣，31.6g KMnO₄粉末物質(zhì)的量==0.2mol；
反應的化學方程式為：2KMnO₄+16HCl═2KCl+2MnCl₂+5Cl₂↑+8H₂O，根據(jù)反應中的定量關系2KMnO₄～5Cl₂，
0.2mol高錳酸鉀反應生成0.5mol氯氣，標準狀況下的體積=0.5mol×22.4L/mol=11.2L；
故答案為：1.12 L　11.2 L　
（2）31.6g KMnO₄粉末加熱一段時間，收集到1.12L氣體后停止加熱，根據(jù)化學方程式，
2KMnO₄K₂MnO₄+MnO₂+O₂↑，此時生成的氣體是氧氣0.05mol，生成錳酸鉀0.05mol，二氧化錳0.05mol，分解的高錳酸鉀0.1mol，剩余高錳酸鉀0.1mol；根據(jù)氧化還原反應的電子守恒，這些氧化劑得到電子，錳元素最終變?yōu)殄i離子，和濃鹽酸反應，氯離子失去電子變?yōu)槁葰�，得失電子是相同的，根�?jù)電子守恒計算；
得到電子的物質(zhì)：KMnO₄～Mn²⁺～5e^-，K₂MnO₄～Mn²⁺～4e^-，MnO₂～Mn²⁺～2e^-，
0.1mol 0.5mol 0.05mol 0.2mol 0.05mol 0.1mol
共得到電子物質(zhì)的量=0.1mol+0.2mol+0.5mol=0.8mol；
失電子的物質(zhì)是氯化氫：2Cl-～Cl₂～2e^-
0.4mol 0.8mol
所以生成的氯氣標準狀況下的體積=0.4mol×22.4L/mol=8.96L
故答案為：8.96L；
（3）將a mol KMnO₄粉末加熱一段時間，收集到V₁ L氣體為氧氣后停止加熱，冷卻后放入足量的濃鹽酸再加熱反應充分后，又收集到氣體體積V₂ L
根據(jù)（2）的分析可知高錳酸鉀得到的電子最終變?yōu)殄i離子，其中有一部分生成了氧氣，其他變化生成了氯氣，依據(jù)氧化還原反應中的電子守恒得到：
失去電子的變化：KMnO₄～O₂～4e^- 2Cl-～Cl₂～2e^-

得到電子的變化：KMnO₄～Mn²⁺～5e^-，除去生成氧氣得到的電子，錳元素變?yōu)殄i離子得到的電子全部生成氯氣，所以生成氯氣得到的電子物質(zhì)的量=5amol-
由電子守恒可知：2Cl-～Cl₂～2e^-
生成氯氣在標準狀況下的體積=（5amol-）×22.4L/mol=56a-2V₁
故答案為：56a-2V₁
分析：（1）依據(jù)高錳酸鉀在加熱時發(fā)生分解反應生成了錳酸鉀、二氧化錳和氧氣，結(jié)合化學方程式進行計算標準狀況下的氧氣體積；依據(jù)KMnO₄粉末和足量鹽酸反應的化學方程式計算生成的氯氣標準狀況下的體積；
（2）依據(jù)高錳酸鉀分解產(chǎn)物中含有二氧化錳和錳酸鉀，加入濃鹽酸都會反應生成氯氣，結(jié)合化學方程式進行計算判斷；
（3）根據(jù)（2）的計算過程，結(jié)合化學方程式的計算關系，計算氣體體積；
點評：本題考查了氯氣的實驗室制法的應用，主要考查氧化還原反應的電子守恒的計算應用，關鍵是分清氧化還原反應中的氧化劑得到電子和還原劑失去電子的守恒關系．