Question

15．高锰酸钾是常用的消毒剂、除臭剂、水质净化剂以及强氧化剂，图1是在实验室中制备KMnO₄晶体的流程：

回答下列问题：
（1）操作②目的是获得K₂MnO₄，同时还产生了KCl和H₂O，试写出该步反应的化学方程式：KClO₃+3MnO₂+6KOH$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$3K₂MnO₄+KCl+3H₂O↑．操作①和②均需在坩埚中进行，根据实验实际应选择c（填序号）．
a．瓷坩埚    b．氧化铝坩埚    c．铁坩埚    d．石英坩埚
（2）操作④是使K₂MnO₄转化为KMnO₄和MnO₂，该转化过程中发生反应的离子方程式为3MnO₄^2-+2H₂O=2MnO₄^-+MnO₂↓+4OH^-．若溶液碱性过强，则MnO₄^-又会转化为MnO₄^2-，该转化过程中发生反应的离子方程式为3MnO₄^2-+2H₂O=2MnO₄^-+MnO₂↓+4OH^-．因此需要通入某种气体调pH=10-11，在实际操作中一般选择CO₂而不是HCl，原因是Cl^-具有还原性，可将K₂MnO₄和KMnO₄还原．
（3）操作⑤过滤时，选择图3所示装置而不用图2所示装置的原因是过滤速度快、效果好．

（4）还可采用电解K₂MnO₄溶液（绿色）的方法制造KMnO₄（电解装置如图4所示），电解过程中右侧石墨电极的电极反应式为MnO₄^2--e^-=MnO₄^-．溶液逐渐由绿色变为紫色．但若电解时间过长，溶液颜色又会转变成绿色，可能的原因是电解较长时间后，阳极产生的MnO₄^-在阴极被还原，紫色又转变为绿色（或阴极上氢离子放电生成氢气，同时产生大量的氢氧根离子，溶液碱性增强，紫色又转变为绿色）．

Answer 1

分析 在碱性条件下氯酸钾与二氧化锰加热熔融发生氧化还原反应，二氧化锰被氧化成锰酸钾，溶于水得墨绿色K₂MnO₄溶液，K₂MnO₄溶液中加入氢氧化钾溶液再调节PH值为10～11，使MnO₄^2-发生歧化反应，生成MnO₄^-和MnO₂，趁热过滤除去二氧化锰，得高锰酸钾溶液，冷却结晶得高锰酸钾晶体，
（1）在碱性条件下氯酸钾与二氧化锰加热熔融发生氧化还原反应，生成K₂MnO₄，同时还产生了KCl和H₂O，根据元素守恒书写化学方程式；操作①和②中均有强碱性物质加热，所以不能用含有与碱反应的成份的坩埚，据此答题；
（2）操作④是使MnO₄^2-发生歧化反应，生成MnO₄^-和MnO₂，根据电荷守恒和元素守恒可书写离子方程式，若溶液碱性过强，则MnO₄^-又会转化为MnO₄^2-和氧气，据此书写离子方程式，在调节PH值时，如果用盐酸会被高锰酸钾氧化成氯气，所以不能用盐酸调节PH值；
（3）抽滤与过滤相比，抽滤速度快、效果好，据此选择；
（4）电解K₂MnO₄溶液（绿色）的方法制造KMnO₄，电解过程中右侧石墨电极为阳极，是K₂MnO₄发生氧化反应生成KMnO₄电解较长时间后，阳极产生的MnO₄^-在阴极被还原，紫色又转变为绿色（或阴极上氢离子放电生成氢气，同时产生大量的氢氧根离子，溶液碱性增强，紫色又转变为绿色）．

解答 解：在碱性条件下氯酸钾与二氧化锰加热熔融发生氧化还原反应，二氧化锰被氧化成锰酸钾，溶于水得墨绿色K₂MnO₄溶液，K₂MnO₄溶液中加入氢氧化钾溶液再调节PH值为10～11，使MnO₄^2-发生歧化反应，生成MnO₄^-和MnO₂，趁热过滤除去二氧化锰，得高锰酸钾溶液，冷却结晶得高锰酸钾晶体，
（1）在碱性条件下氯酸钾与二氧化锰加热熔融发生氧化还原反应，生成K₂MnO₄，同时还产生了KCl和H₂O，反应的化学方程式为，操作①和②中均有强碱性物质加热，所以不能用含有与碱反应的成份的坩埚，故选c，
故答案为：KClO₃+3MnO₂+6KOH $\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$ 3K₂MnO₄+KCl+3H₂O↑；c；
（2）操作④是使MnO₄^2-发生歧化反应，生成MnO₄^-和MnO₂，反应的离子方程式为3MnO₄^2-+2H₂O=2MnO₄^-+MnO₂↓+4OH^-，若溶液碱性过强，则MnO₄^-又会转化为MnO₄^2-和氧气，反应的离子方程式为 3MnO₄^2-+2H₂O=2MnO₄^-+MnO₂↓+4OH^-，在调节PH值时，Cl^-具有还原性，可将K₂MnO₄和KMnO₄还原，所以如果用盐酸会被高锰酸钾氧化成氯气，故不能用盐酸调节PH值，
故答案为：3MnO₄^2-+2H₂O=2MnO₄^-+MnO₂↓+4OH^-；3MnO₄^2-+2H₂O=2MnO₄^-+MnO₂↓+4OH^-；Cl^-具有还原性，可将K₂MnO₄和KMnO₄还原；
（3）抽滤与过滤相比，抽滤速度快、效果好，所以用抽滤不用过滤，
故答案为：过滤速度快、效果好；
（4）电解K₂MnO₄溶液（绿色）的方法制造KMnO₄，电解过程中右侧石墨电极为阳极，是K₂MnO₄发生氧化反应生成KMnO₄，电极反应式为MnO₄^2--e^-=MnO₄^-，电解较长时间后，阳极产生的MnO₄^-在阴极被还原，紫色又转变为绿色（或阴极上氢离子放电生成氢气，同时产生大量的氢氧根离子，溶液碱性增强，紫色又转变为绿色），
故答案为：MnO₄^2--e^-=MnO₄^-；电解较长时间后，阳极产生的MnO₄^-在阴极被还原，紫色又转变为绿色（或阴极上氢离子放电生成氢气，同时产生大量的氢氧根离子，溶液碱性增强，紫色又转变为绿色）．

点评 本题考查了制备实验中的有关知识，难度不大，明确常用消毒剂的消毒原理、化学试剂的存放等知识点，易错题是④，注意锰酸钾和二氧化碳的反应中锰酸钾既作氧化剂又作还原剂．