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18.高锰酸钾[KMnO4]是常用的氧化剂.工业上以软锰矿(主要成分是MnO2)为原料制备高锰酸钾晶体.中间产物为锰酸钾[K2MnO4].如图1是实验室模拟制备的操作流程:

相关资料:
①物质溶解度
物质KMnO4K2CO3KHCO3K2SO4CH3COOK
20℃溶解度6.411133.711.1217
②锰酸钾[K2MnO4]
外观性状:墨绿色结晶.其水溶液呈深绿色,这是锰酸根(MnO42-)的特征颜色.
化学性质:在强碱性溶液中稳定,在酸性、中性和弱碱性环境下,MnO42-会发生歧化反应.
试回答下列问题:
(1)煅烧软锰矿和KOH固体时,不采用石英坩埚而选用铁坩埚,实验中用铁坩埚煅烧暴露在空气中的固体混合物发生反应的化学方程式为2MnO2+4KOH+O2$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2K2MnO4+2H2O.
(2)实验时,若CO2过量会生成KHCO3,请用离子方程式表示实验中通入适量CO2时导致体系中KMnO4产品纯度降低的原因:3MnO42-+2CO2═2MnO4-+MnO2↓+2CO32-
(3)工业上一般采用惰性电极电解锰酸钾溶液制取高锰酸钾,试写出该电解反应的化学方程式2K2MnO4+2H2O$\frac{\underline{\;电解\;}}{\;}$2KMnO4+H2↑+2KOH;
传统工艺采用无膜电解法由于副反应发生,Mn元素利用率和电流效率都会偏低.有同学联想到离子交换膜法电解饱和食盐水提出改进方法:可用阳离子交换膜分隔两极区进行电解(如图2).图中A口加入的溶液最好为KOH溶液.使用阳离子交换膜可以提高Mn元素利用率的原因为阳离子交换膜防止锰酸根进入阴极区被还原.

分析 由题目信息,可知二氧化锰与KOH煅烧生成K2MnO4,溶液中通入二氧化碳与溶液中氢氧化钠反应,调节pH,由工艺流程可知,CO2使MnO42-发生歧化反应,生成MnO4-和MnO2,根据元素守恒可知,会生成K2CO3,利用溶解度不同进行结晶分离.若通入CO2太多,会生KHCO3,滤液中含有KHCO3、KMnO4,在加热浓缩时,会有KHCO3晶体和KMnO4晶体一起析出,导致得到的KMnO4产品的纯度降低.
(1)煅烧暴露在空气中煅烧混合物,由题目信息,可知二氧化锰与KOH煅烧生成K2MnO4,由电子转移守恒可知,应有氧气参加反应,根据H元素守恒应有水生成,配平书写方程式;
(2)溶液中通入二氧化碳与溶液中氢氧化钠反应,调节pH,CO2使MnO42-发生歧化反应,生成MnO4-和MnO2,根据元素守恒可知,会生成K2CO3
(3)电解K2MnO4溶液得到KMnO4,Mn元素发生氧化反应,故溶液中水电离的氢离子放电,发生还原反应生成氢气,同时得到KOH;
由图可知,阳离子由左室通过阳离子交换膜进入右室,故左室为阴极室,右室为阴极室,溶液中生成KOH;
阳离子交换膜防止锰酸根进入阴极区被还原.

解答 解:由题目信息,可知二氧化锰与KOH煅烧生成K2MnO4,溶液中通入二氧化碳与溶液中氢氧化钠反应,调节pH,由工艺流程可知,CO2使MnO42-发生歧化反应,生成MnO4-和MnO2,根据元素守恒可知,会生成K2CO3,利用溶解度不同进行结晶分离.若通入CO2太多,会生KHCO3,滤液中含有KHCO3、KMnO4,在加热浓缩时,会有KHCO3晶体和KMnO4晶体一起析出,导致得到的KMnO4产品的纯度降低.
(1)煅烧暴露在空气中煅烧混合物,由题目信息,可知二氧化锰与KOH煅烧生成K2MnO4,由电子转移守恒可知,应有氧气参加反应,根据H元素守恒应有水生成,配平后方程式为2MnO2+4KOH+O2$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2K2MnO4+2H2O,
故答案为:2MnO2+4KOH+O2$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2K2MnO4+2H2O;
(2)溶液中通入二氧化碳与溶液中氢氧化钠反应,调节pH,CO2使MnO42-发生歧化反应,生成MnO4-和MnO2,根据元素守恒可知,会生成K2CO3,有关反应离子方程式为3MnO42-+2CO2═2MnO4-+MnO2↓+2CO32-
故答案为:3MnO42-+2CO2═2MnO4-+MnO2↓+2CO32-
(3)电解K2MnO4溶液得到KMnO4,Mn元素发生氧化反应,故溶液中水电离的氢离子放电,发生还原反应生成氢气,同时得到KOH,电解反应方程式为:2K2MnO4+2H2O$\frac{\underline{\;电解\;}}{\;}$2KMnO4+H2↑+2KOH;
由图可知,阳离子由左室通过阳离子交换膜进入右室,故左室为阴极室,右室为阴极室,溶液中生成KOH,故A溶液应为KOH溶液;
阳离子交换膜防止锰酸根进入阴极区被还原,提高了Mn元素利用率,
故答案为:2K2MnO4+2H2O$\frac{\underline{\;电解\;}}{\;}$2KMnO4+H2↑+2KOH;KOH溶液;阳离子交换膜防止锰酸根进入阴极区被还原.

点评 本题考查实验制备方案,涉及化学工艺流程、仪器与试剂选择、对实验条件的控制、电解应用、对题目信息获取与应用等,需要学生具有扎实的基础知识与灵活运用知识解决问题的能力,难度中等.

练习册系列答案
相关习题

科目:高中化学 来源: 题型:选择题

10.下列离子方程式书写正确的是(  )
A.铜与浓硫酸反应放出SO2:Cu+4H++SO42-═Cu2++SO2↑+2H2O
B.加热NH4Cl和氢氧化钠固体混合物:NH4++OH-═NH3↑+H2O
C.稀硝酸与过量的铁屑反应:Fe+4H++NO3-═Fe3++NO↑+2 H2O
D.氯气通入FeCl2溶液中:Cl2+2Fe2+═2Fe3++2Cl-

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11.丙卡巴肼用于治疗何杰金氏病,其主要合成工艺路线如图:

(1)丙卡巴肼的分子式为C12H19N3O,原料A的名称为4-甲基苯甲酸或对甲基苯甲酸.
(2)下列分析合理的是ABD(填字母)
A.有机物6可发生水解反应         B.有机物5能发生银镜反应
C.有机物3与5的反应为加成反应   D.有机物6中至少有8个碳原子共面
(3)有机物1生成2的化学方程式为(注明条件):
(4)NBS的结构简式为
(5)写出有机物1符合下列条件的一种同分异构体的结构简式
①能发生银镜反应  ②苯环上的一取代物有两种.

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科目:高中化学 来源: 题型:解答题

6.某校化学小组的同学将一批废弃的线路板简单处理后,得到含Cu、Al、Fe及少量Au、Pt等金属的混合物,并设计了如图1制备硫酸铜和硫酸铝晶体的方案:

回答下列问题:
(1)第②步加入H2O2是为了除去Fe2+,该反应的离子方程式为2Fe2++H2O2+4OH-═2Fe(OH)3
(2)滤渣2的主要成分是Fe(OH)3和Al(OH)3.由滤渣2制取Al2(SO43•18H2O实验过程的最后步骤,是由Al2(SO43溶液经过加热蒸发、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥(填写所需实验操作的名称),即获得Al2(SO43•18H2O晶体.
(3)用第③步所得CuSO4•5H2O可制得Cu(OH)2.化学活动小组为探究Cu(OH)2受热分解产物及产物性质,设计如下实验过程:取0.98g Cu(OH)2固体加热,有铜的氧化物生成,其质量随温度变化如图3所示,产物A、B的化学式分别为CuO和Cu2O.通过以上实验和图象可以得出如下结论:高温时B较稳定(填“较稳定”或“不稳定”).
活动小组同学还进行了如下实验:
某同学用图2装置进行实验(夹持装置未画出),最终得出的结论是加热时A可将NH3氧化为N2,A被还原为单质Cu.支持此同学结论的现象是硬质玻璃管中黑色固体变成红色,烧杯中导管口部产生气泡,有无色、无味气体生成.

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13.已知苯甲酸微溶于水,易溶于乙醇、乙醚,有弱酸性,酸性比醋酸强.它可用于制备苯甲酸乙酯和苯甲酸铜.
(一)制备苯甲酸乙酯
+C2H5OH$\stackrel{H_{2}SO_{4}}{?}$+H2O
相关物质的部分物理性质如表格:
沸点(℃)密度(g•cm-3
苯甲酸2491.2659
苯甲酸乙酯212.61.05
乙醇78.50.7893
环己烷80.80.7785
乙醚34.510.7318
环己烷、乙醇和水共沸物62.1
实验流程如图1:

(1)制备苯甲酸乙酯,图2装置最合适的是B,反应液中的环己烷在本实验中的作用(通过形成水-乙醇-环己烷三元共沸物)带出生成的水,促进酯化反应向正向进行.

(2)步骤②控制温度在65~70℃缓慢加热液体回流,分水器中逐渐出现上、下两层液体,直到反应完成,停止加热.放出分水器中的下层液体后,继续加热,蒸出多余的乙醇和环己烷.
反应完成的标志是分水器中下层(水层)液面不再升高.
(3)步骤③碳酸钠的作用是中和苯甲酸和硫酸,碳酸钠固体需搅拌下分批加入的原因加入过快大量泡沫的产生可使液体溢出.
(4)步骤④将中和后的液体转入分液漏斗分出有机层,水层用25mL乙醚萃取,然后合并至有机层,用无水MgSO4干燥.乙醚的作用萃取出水层中溶解的苯甲酸乙酯,提高产率.
(5)步骤⑤蒸馏操作中,图3装置最好的是bd(填标号),蒸馏时先低温蒸出乙醚,蒸馏乙醚时最好采用水浴加热(水浴加热、直接加热、油浴加热).

(二)制备苯甲酸铜
将苯甲酸加入到乙醇与水的混合溶剂中,充分溶解后,加入Cu(OH)2粉未,然后水浴加热,于70~80℃下保温2~3小时;趁热过滤,滤液蒸发冷却,析出苯甲酸铜晶体,过滤、洗涤、干燥得到成品.
(6)混合溶剂中乙醇的作用是增大苯乙酸的溶解度,便于充分反应,趁热过滤的原因苯甲酸铜冷却后会结晶析出,如不趁热过滤会损失产品
(7)本实验中下列药品不能代替氢氧化铜使用的是D
A.醋酸铜  B.氧化铜   C.碱式碳酸铜  D.硫酸铜
(8)洗涤苯甲酸铜晶体时,下列洗涤剂最合适的是C
A.冷水  B.热水  C.乙醇   D.乙醇水混合溶液.

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科目:高中化学 来源: 题型:解答题

3.Fridel-Crafts反应是向苯环上引入烷基最重要的方法,在合成上有很大的实用价值,该反应可以简单表示如下:ArH+RX$\stackrel{催化剂}{→}$ArR+HX;△H<0(Ar表示苯基).某化学兴趣小组在实验室先利用叔丁醇与盐酸反应制得叔丁基氯(沸点50.7℃),再利用Fridel-Crafts反应原理制备对叔丁基苯酚(熔点99℃).反应流程及实验装置如图1所示:

试回答下列问题:
(1)步骤①是直接将盐酸、叔丁醇直于分液漏斗中,振摇一段时间后静置分液.振摇过程中应进行放气操作.步骤②中用饱和食盐水及饱和碳酸氢钠的目的是除去叔丁基氯粗产物中的HCl等酸性杂质、减少叔丁基氯溶解损耗量.步骤③是要将叔丁基氯粗产品制成精品,实验操作方法是蒸馏.
(2)步骤④在如图2所示的装置中进行,若实验过程中去掉制备装置中装有氯化钙的干燥管,有可能导致的不良后果是水气进入,反应物、催化剂等可能失效.
(3)叔丁基氯与苯盼反应时适当控制温度是很重要的.若反应过程中温度过高应用冷水浴冷却,否则可能导致的不良后果是反应放热使温度升高,且生成大量的HCl气体,若不及时冷却,叔丁基氯的蒸气易逸出而影响产率.
(4)常温下叔丁基氯易变质(打开瓶塞时瓶口会有白雾现象>,故实验中所用的必须现用现配,试写出叔丁基氯在常温下变质时发生反应的化学方程式(CH33CCl→CH2=C(CH32+HCl↑或(CH33CCl+H2O→(CH33COH+HCl↑.
(5)实验中得到产品叔丁基苯盼常常不是白色而呈现浅紫色,你认为可能的原因是一部分苯酚被空气中的氧气所氧化.

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科目:高中化学 来源: 题型:选择题

10.下列说法正确的是(  )
A.“春蚕到死丝方尽,蜡烛成灰泪始干”中的“丝”、“泪”分别是纤维素和油脂
B.乙醇、金属钠和乙酸分别属于非电解质、非电解质和弱电解质
C.Na2O2、Al2O3、C4H10分别属于碱性氧化物、两性氧化物和离子化合物
D.煤的气化、石油的分馏分别是化学变化、物理变化

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7.如何把铜粉和氧化铜粉末分离?

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8.设NA为阿伏伽德罗常数的值.下列说法正确的是(  )
A.常温下,23g乙醇和甲酸的混合物中含有O-H键的数目为0.5NA
B.40g SiC中含有Si-C键的数目为2NA
C.标准状况下,22.4L乙醛含有分子的数目为NA
D.2mol亚油酸(9,12-十八碳二烯酸,C17H31COOH)中含有双键的数目是4NA

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