Question

15．高錳酸鉀是一種常用的氧化劑．下圖是利用軟錳礦（主要成分為MnO₂）制備高錳酸鉀的一種工藝（流程中部分產(chǎn)物已略去）：

相關(guān)物質(zhì)不同溫度下的溶解度（單位：g）數(shù)據(jù)如表：

物質(zhì) 溫度	KMnO4	CH3COOK	K2SO4	KCl
20℃	6.34	217	11.1	34.2
90℃	45.2	398	22.9	53.9

（1）“熔融”步驟反應(yīng)的化學(xué)方程式為3MnO₂+KClO₃+6KOH$\frac{\underline{\;熔融\;}}{\;}$3K₂MnO₄+KCl+3H₂O．
（2）K₂MnO₄溶液中加入冰醋酸發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為：3MnO₄^2-+4CH₃COOH=2MnO₄^-+MnO₂↓+2H₂O+4CH₃COO^-．
（3）操作2是蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過濾．
（4）圖中可以直接進行循環(huán)利用的物質(zhì)是（填化學(xué)式）MnO₂．
（5）KMnO₄粗晶體中的主要雜質(zhì)（填化學(xué)式）有KCl和CH₃COOK；操作3用到的試劑蒸餾水和硝酸銀溶液；若用硫酸代替圖中的冰醋酸，則導(dǎo)致的問題及原因是反應(yīng)生成K₂SO₄，而K₂SO₄在常溫下的溶解度也較小，析出后從而導(dǎo)致產(chǎn)品的純度降低或硫酸酸性太強，導(dǎo)致MnO₄^-將Cl^-氧化，產(chǎn)生有毒的Cl₂，KMnO₄損失且純度降低．

Answer 1

分析 軟錳礦中的二氧化錳和加入氯酸鉀和氫氧化鉀熔融發(fā)生氧化還原反應(yīng)生成錳酸鉀、氯化鉀和水，錳酸鉀中加入冰醋酸自身發(fā)生氧化還原反應(yīng)生成二氧化錳、高錳酸鉀和醋酸鉀，操作Ⅰ是溶解過濾得到濾渣為二氧化錳，操作Ⅱ是濾液2通過加熱濃縮、降溫結(jié)晶、過濾洗滌得到高錳酸鉀粗晶體，所含雜質(zhì)主要為KCl、CH₃COOK等，將高錳酸鉀粗晶體溶于水，通過重結(jié)晶的方法可以提純高錳酸鉀晶體，用硝酸銀溶液可以檢驗雜質(zhì)是否除去，
（1）軟錳礦中的二氧化錳和加入氯酸鉀和氫氧化鉀熔融發(fā)生氧化還原反應(yīng)生成錳酸鉀、氯化鉀和水，結(jié)合原子守恒和電子守恒配平書寫化學(xué)方程式；
（2）K₂MnO₄溶液中加入冰醋酸發(fā)生反應(yīng)是自身氧化還原反應(yīng)生成高錳酸鉀和二氧化錳，結(jié)合電子守恒、電荷守恒和原子守恒書寫離子方程式；
（3）操作2是濾液2通過加熱濃縮、降溫結(jié)晶、過濾洗滌得到高錳酸鉀粗晶體；
（4）參加反應(yīng)過程最后又生成的物質(zhì)可以循環(huán)使用；
（5）高錳酸鉀粗晶體，所含雜質(zhì)主要為KCl、CH₃COOK等，若用硫酸代替圖中的冰醋酸，生成的硫酸鉀溶解度小易在晶體中含有更多雜質(zhì)．

解答 解：軟錳礦中的二氧化錳和加入氯酸鉀和氫氧化鉀熔融發(fā)生氧化還原反應(yīng)生成錳酸鉀、氯化鉀和水，錳酸鉀中加入冰醋酸自身發(fā)生氧化還原反應(yīng)生成二氧化錳、高錳酸鉀和醋酸鉀，操作Ⅰ是溶解過濾得到濾渣為二氧化錳，操作Ⅱ是濾液2通過加熱濃縮、降溫結(jié)晶、過濾洗滌得到高錳酸鉀粗晶體，所含雜質(zhì)主要為KCl、CH₃COOK等，將高錳酸鉀粗晶體溶于水，通過重結(jié)晶的方法可以提純高錳酸鉀晶體，用硝酸銀溶液可以檢驗雜質(zhì)是否除去，
（1）軟錳礦中的二氧化錳和加入氯酸鉀和氫氧化鉀熔融發(fā)生氧化還原反應(yīng)生成錳酸鉀、氯化鉀和水，結(jié)合原子守恒和電子守恒配平書寫化學(xué)方程式，錳元素化合價+4價變化為+6價電子轉(zhuǎn)移2e^-，氯酸鉀中氯元素+5價變化為-1價，電子轉(zhuǎn)移6e^-，電子轉(zhuǎn)移總數(shù)6e^-，則反應(yīng)的化學(xué)方程式為：3MnO₂+KClO₃+6KOH$\frac{\underline{\;熔融\;}}{\;}$3K₂MnO₄+KCl+3H₂O，
故答案為：3MnO₂+KClO₃+6KOH$\frac{\underline{\;熔融\;}}{\;}$3K₂MnO₄+KCl+3H₂O；
（2）K₂MnO₄溶液中加入冰醋酸發(fā)生反應(yīng)是自身氧化還原反應(yīng)生成高錳酸鉀和二氧化錳，結(jié)合電子守恒、電荷守恒和原子守恒書寫離子方程式，錳元素+6價變化為+7價和+4價，電子轉(zhuǎn)移總數(shù)2e-，配平得到離子方程式為：3MnO₄^2-+4CH₃COOH=2MnO₄^-+MnO₂↓+2H₂O+4CH₃COO^-，
故答案為：3MnO₄^2-+4CH₃COOH=2MnO₄^-+MnO₂↓+2H₂O+4CH₃COO^-；
（3）操作Ⅱ是溶液中得到溶質(zhì)固體，依據(jù)表中溶解度分析可知，溶解度隨溫度變化較大，可以用冷卻熱飽和溶液的方法得到，操作2為濾液2通過蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過濾洗滌得到高錳酸鉀粗晶體，
故答案為：蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過濾；
（4）參加反應(yīng)過程最后又生成的物質(zhì)可以循環(huán)使用，上述分析可知二氧化錳參與反應(yīng)又生成可以循環(huán)使用，
故答案為：MnO₂；
（5）高錳酸鉀粗晶體，所含雜質(zhì)主要為KCl、CH₃COOK等，將高錳酸鉀粗晶體溶于水，通過重結(jié)晶的方法可以提純高錳酸鉀晶體，用硝酸銀溶液可以檢驗雜質(zhì)是否除去，所以操作3用到的試劑為蒸餾水和硝酸銀溶液，若用硫酸代替圖中的冰醋酸，生成的硫酸鉀溶解度小易在晶體中含有更多雜質(zhì)，硫酸酸性太強，導(dǎo)致MnO₄^-將Cl^-氧化，產(chǎn)生有毒的Cl₂，KMnO₄損失且純度降低，
故答案為：KCl；CH₃COOK；蒸餾水；硝酸銀溶液；反應(yīng)生成K₂SO₄，而K₂SO₄在常溫下的溶解度也較小，析出后從而導(dǎo)致產(chǎn)品的純度降低或硫酸酸性太強，導(dǎo)致MnO₄^-將Cl^-氧化，產(chǎn)生有毒的Cl₂，KMnO₄損失且純度降低．

點評 本題考查了物質(zhì)提純和分離的生產(chǎn)過程分析，主要是氧化還原反應(yīng)產(chǎn)物的理解應(yīng)用，注意化學(xué)方程式、離子方程式書寫，轉(zhuǎn)化關(guān)系中的實驗操作和分離方法是解題關(guān)鍵，題目難度中等．