Question

2．2011年3月日本本州岛附近海域大地震后，灾区使用了多种消毒剂，高锰酸钾就是其中之一．如图1是工业上用软锰矿（主要成分MnO₂）制备高锰酸钾的一种工艺流程．

（1）该流程的第一步是将MnO₂、KOH的混合物于空气中加热熔融制得K₂MnO₄，写出该反应的化学方程式2MnO₂+4KOH+O₂$\frac{\underline{\;熔融\;}}{\;}$2K₂MnO₄+2H₂O．
（2）KMnO₄稀溶液是一种常用的消毒剂．其消毒机理与下列物质相同的是ab（填代号）．
a．臭氧    b．双氧水      c．苯酚      d.75%酒精
（3）上述流程中可以循环使用的物质有KOH、MnO₂（写化学式）．
（4）操作Ⅰ的名称是过滤；操作Ⅱ是根据KMnO₄和K₂CO₃两物质在溶解度（填性质）上的差异，采用结晶、趁热过滤得到KMnO₄粗晶体的．
（5）KMnO₄粗晶体需要干燥才能得产品，干燥不能在烘箱中高温烘干，原因是KMnO₄受热易分解．
（6）在化学分析中，常需用KMnO₄标准溶液．实验室一般先称取一定质量的KMnO₄晶体，粗配成大致浓度的KMnO₄溶液，再用性质稳定、相对分子质量较大的基准物质草酸钠[M_r（Na₂C₂O₄）=134.0]对粗配的KMnO₄溶液进行标定，测出所配制的KMnO₄溶液的准确浓度，反应原理为：
C₂O₄^2-+MnO₄^-+H⁺→CO₂↑+Mn²⁺+H₂O（未配平）
以下是标定KMnO₄溶液的实验步骤：
步骤一：先粗配浓度约为0.15mol•L^-1的高锰酸钾溶液500mL．
步骤二：准确称取Na₂C₂O₄固体m g放入锥形瓶中，用蒸馏水溶解并加稀硫酸酸化，加热至70～80℃，用步骤一所配高锰酸钾溶液进行滴定．记录相关数据．重复实验两到三次．最后计算得高锰酸钾的物质的量浓度．试回答下列问题：
则①滴定操作图示（如图2）正确的是A（填编号）．
②步骤二的滴定过程温度变化并不明显，但操作过程中发现前一阶段溶液褪色较慢，中间阶段褪色明显变快，最后阶段褪色又变慢．试根据影响化学反应速率的条件分析，溶液褪色明显变快的原因可能是Mn²⁺具有催化作用．
③从实验所得 m的平均数值为1.340g，滴定的KMnO₄溶液平均用量为25.00mL，则，KMnO₄溶液的准确浓度为0.1600mol•L^-1．

Answer 1

分析 由工艺流程转化关系可知，MnO₂、KOH的熔融混合物中通入空气时发生反应生成K₂MnO₄，向K₂MnO₄溶液中通入CO₂制备KMnO₄、还生成K₂CO₃、MnO₂，通过过滤，分离出二氧化锰，滤液中含KMnO₄和K₂CO₃，根据KMnO₄和K₂CO₃在溶解性上不同采用蒸发结晶的方式可分离出高锰酸钾和碳酸钾，对粗高锰酸钾进行重结晶、干燥得到纯净的高锰酸钾；向碳酸钾溶液中加入石灰生成碳酸钙和氢氧化钠．
（1）由工艺流程转化关系可知，MnO₂、KOH的熔融混合物中通入空气时发生反应生成K₂MnO₄，根据元素守恒还应生成水．反应中锰元素由+4价升高为+6价，总升高2价，氧元素由0价降低为-2价，总共降低4价，化合价升降最小公倍数为4，所以MnO₂系数2，O₂系数为1，根据锰元素守恒确定K₂MnO₄系数，根据钾元素守恒确定KOH系数，根据氢元素守恒确定H₂O系数；
（2）高锰酸钾具有强氧化性，常常利用高锰酸钾的强氧化性进行消毒；
（3）制备中利用的原料，在转化过程中又生成的可以循环利用；
（4）分离固体与溶液，采用过滤操作，利用KMnO₄和K₂CO₃在溶解性上进行分离；
（5）KMnO₄干燥不能在烘箱中高温烘干，是因为高锰酸钾受热易分解为锰酸钾、二氧化锰、氧气；
（6）①依据酸式滴定管的使用方法分析判断；
②草酸钠标定高锰酸钾溶液的浓度，反应过程中生成的锰离子可能是起到了催化剂作用，反应速率增大；
③反应中MnO₄^-→Mn²⁺，Mn元素由+7价→+2价，得5个电子；C₂O₄^2-→CO₂，C元素由+3价→+4价，一个C₂O₄^2-失去2个电子，化合价升高值=化合价降低值=转移电子数，配平方程式，根据反应5C₂O₄^2-+2MnO₄^-+16H⁺═10CO₂↑+2Mn²⁺+8H₂O，利用C₂O₄^2-和MnO₄^-的量的关系进行计算．

解答 解：（1）由工艺流程转化关系可知，MnO₂、KOH的熔融混合物中通入空气时发生反应生成K₂MnO₄，根据元素守恒还应生成水．反应中锰元素由+4价升高为+6价，总升高2价，氧元素由0价降低为-2价，总共降低4价，化合价升降最小公倍数为4，所以MnO₂系数2，O₂系数为1，根据锰元素守恒确定K₂MnO₄系数为2，根据钾元素守恒确定KOH系数为4，根据氢元素守恒确定H₂O系数为2，所以反应化学方程式为2MnO₂+4KOH+O₂ $\frac{\underline{\;熔融\;}}{\;}$2K₂MnO₄+2H₂O，
故答案为：2MnO₂+4KOH+O₂ $\frac{\underline{\;熔融\;}}{\;}$2K₂MnO₄+2H₂O；
（2）a．臭氧具有强氧化性，常常利用臭氧的强氧化性进行杀菌消毒，故a正确；
b．双氧水具有强氧化性，常常利用双氧水的强氧化性进行杀菌消毒，故b正确；
c．苯酚是通过渗透到细菌体内，使细菌蛋白质凝固（变性），从而杀死细菌，故c错误；
d．75%酒精是通过酒精渗透到细菌体内，使细菌蛋白质凝固（变性），从而杀死细菌，故d错误；
故答案为：ab；
（3）制备中利用的原料，在转化过程中又生成的可以循环利用．由转化关系图知，除石灰、二氧化碳外，K₂MnO₄溶液中通入CO₂以制备KMnO₄生成的MnO₂及最后由母液加入石灰生成的KOH，会在MnO₂、KOH的熔融制备K₂MnO₄中被循环利用，
故答案为：KOH、MnO₂；
（4）该操作是分离固体与溶液，是过滤操作，KMnO₄和K₂CO₃在溶解性上不同采用蒸发结晶的方式可分离，
故答案为：过滤；溶解性；
（5）KMnO₄粗晶体需要干燥才能得产品，干燥不能在烘箱中高温烘干，原因是：2KMnO₄$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$K₂MnO₄+MnO₂+O₂↑，受热易分解，
故答案为：KMnO₄受热易分解；
（6）①使用酸式滴定管时，应将滴定管固定在滴定管夹上，活塞柄向右，左手从中间向右伸出，拇指在管前，食指及中指在管后，三指平行地轻轻拿住活塞柄，无名指及小指向手心弯曲，食指及中指由下向上顶住活塞柄一端，拇指在上面配合动作．在转动时，中指及食指不要伸直，应该微微弯曲，轻轻向左扣住，这样既容易操作，又可防止把活塞顶出，
故答案为：A；
②草酸钠标定高锰酸钾溶液的浓度，反应过程中生成的锰离子可能是起到了催化剂作用，反应速率增大，
故答案为：Mn²⁺具有催化作用；
③反应中MnO₄^-→Mn²⁺，Mn元素由+7价→+2价，一得5个电子；C₂O₄^2-→CO₂，C元素由+3价→+4价，一个C₂O₄^2-失去2个电子，化合价升高值=化合价降低值=转移电子数=10，由电子守恒和原子守恒可知，反应为5C₂O₄^2-+2MnO₄^-+16H⁺=10CO₂↑+2Mn²⁺+8H₂O，根据反应5C₂O₄^2-+2MnO₄^-+16H⁺═10CO₂↑+2Mn²⁺+8H₂O，则5C₂O₄^2-～2MnO₄^-，m的平均数值为1.340g，即Na₂C₂O₄的物质的量n=$\frac{m}{M}$=$\frac{1.34g}{134g/mol}$=0.0100mol，即C₂O₄^2-的物质的量为0.0100mol，所以KMnO₄溶液的物质的量为0.0040mol，据C=$\frac{n}{V}$=$\frac{0.004mol}{0.025L}$=0.1600mol/L，
故答案为：0.1600．

点评 本题以制备高锰酸钾为载体考查了常见氧化剂与还原剂、氧化还原反应、化学计算和对工艺流程的理解、阅读题目获取信息的能力等，解答本题时要充分理解图中提供的信息，只有理解了图中信息才能对问题做出正确的判断，题目难度中等．