Question

13．将a mol KClO₃和b mol MnO₂的混合物加热分解一段时间后，再在混合物中加入足量的浓硫酸，并加热，若要使收集到的O₂和Cl₂的量为最大，则a、b取不同的值时，KClO₃的分解率是多少？

Answer 1

分析 ①氯酸钾完全分解生成氧气最多，二氧化锰足量，发生反应：2KCl+MnO₂+2H₂SO₄$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$MnSO₄+K₂SO₄+Cl₂↑+2H₂O，将KCl中Cl元素全部转化为氯气得到氯气的量最大，此时氯酸钾转化率为100%；
②若MnO₂不能将KCl中氯元素全部转化为氯气，根据2KCl+MnO₂+2H₂SO₄$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$MnSO₄+K₂SO₄+Cl₂↑+2H₂O，结合Cl原子守恒可以表示出二氧化锰的极大值，表示出反应中消耗KCl的物质的量，氯酸钾部分分解，分解后氯元素全部转化为氯气时，收集到的O₂和Cl₂的量为最大，根据氯原子守恒可知分解后KClO₃、KCl的总物质的量为amol，结合KClO₃+5KCl+3H₂SO₄$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$3Cl₂↑+3K₂SO₄+3H₂O，表示出分解后KClO₃的物质的量，进而表示出KClO₃的分解率．

解答 解：①氯酸钾完全分解生成氧气最多，二氧化锰足量，发生反应：2KCl+MnO₂+2H₂SO₄$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$MnSO₄+K₂SO₄+Cl₂↑+2H₂O，将KCl中Cl元素全部转化为氯气得到氯气的量最大，此时氯酸钾转化率为100%，此时b≥0.5a，
②若MnO₂不能将KCl中氯元素全部转化为氯气，根据2KCl+MnO₂+2H₂SO₄$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$MnSO₄+K₂SO₄+Cl₂↑+2H₂O，结合Cl原子守恒，可知b＜0.5a，分解后氯元素全部转化为氯气时，收集到的O₂和Cl₂的量为最大，根据氯原子守恒可知分解后KClO₃、KCl的总物质的量为amol，
  2KCl+MnO₂+2H₂SO₄$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$MnSO₄+K₂SO₄+Cl₂↑+2H₂O
2b mol bmol
结合KClO₃+5KCl+3H₂SO₄$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$3Cl₂↑+3K₂SO₄+3H₂O可知，分解后KClO₃的物质的量（amol-2b mol）$\frac{1}{6}$，故KClO₃的分解率为$\frac{amol-（a-2b）mol×\frac{1}{6}}{amol}$=$\frac{5}{6}$+$\frac{1}{3}$×$\frac{b}{a}$，
答：若要使收集到的O₂和Cl₂的量为最大，KClO₃的分解率是100%（b≥0.5a）或（$\frac{5}{6}$+$\frac{1}{3}$×$\frac{b}{a}$）且b＜0.5a．

点评 本题考查混合物计算，属于讨论型计算，关键是明确可能发生的反应，利用方程式与守恒法计算解答，侧重考查学生的分析计算能力，难度较大．