Question

13．高锰酸钾是中学化学常用的强氧化剂，实验室中可通过以下反应制得：
MnO₂熔融氧化：3MnO₂+KClO₃+6KOH$\frac{\underline{\;熔化\;}}{\;}$3K₂MnO₄+KCl+3H₂O
K₂MnO₄歧化：3K₂MnO₄+2CO₂═2KMnO₄+MnO₂↓+2K₂CO₃
相关物质的溶解度数据见下表：

20℃	K2CO3	KHCO3	K2SO4	KMnO4
s（g/100g水）	111	33.7	11.1	6.34

实验流程如下：

已知K₂MnO₄溶液显绿色，KMnO₄溶液紫红色．请回答下列问题：
（1）步骤①应在D中熔化，并用铁棒用力搅拌，以防结块．
A．烧杯          B．蒸发皿          C．瓷坩埚        D．铁坩埚
（2）综合相关物质的化学性质及溶解度，步骤③中可以替代CO₂的试剂是B．
A．二氧化硫      B．醋酸          C．盐酸        D．硫酸
（3）下列监控K₂MnO₄歧化完全的方法或操作可行的是B．
A．通过观察溶液颜色变化，若溶液颜色由绿色完全变成紫红色，表明反应已歧化完全
B．取上层清液少许于试管中，继续通入CO₂，若无沉淀产生，表明反应已歧化完全
C．pH试纸测定溶液的pH值，对照标准比色卡，若pH为10～11，表明反应已歧化完全
（4）当溶液pH值达10～11时，停止通CO₂；若CO₂过多，造成的后果是二氧化碳和碳酸钾反应生成碳酸氢钾，结晶时会同高锰酸钾一起析出，产品纯度降低．
（5）烘干时，温度控制在80℃为宜，温度不宜过高的理由是如果温度过低，烘干时间过长，如果温度过高，高锰酸钾受热分解．
（6）通过用草酸滴定酸化后的KMnO₄溶液的方法可测定KMnO₄粗品的纯度（质量分数）．
①滴定过程溶液中发生的离子反应为2MnO₄^-+5H₂C₂O₄+6H⁺=2Mn²⁺+10CO₂↑+8H₂O．
②称量w g KMnO₄粗产品配制成100ml待测溶液，配制过程中除玻璃棒和烧杯外还需要用到的玻璃仪器有100ml容量瓶、胶头滴管．
③量取KMnO₄待测液10.00ml，若该滴定管用蒸馏水洗净后未润洗，则测定结果将偏小．
④滴定终点溶液的颜色变化是溶液由红色变无色．
⑤经测定每滴定10.00ml待测液平均消耗c mol/L草酸标准液Vml，样品纯度的表达式为$\frac{CVM}{250W}$×100%（高锰酸钾摩尔质量用M表示）．

Answer 1

分析 根据流程图知，①中发生反应3MnO₂+KClO₃+6KOH$\frac{\underline{\;熔化\;}}{\;}$3K₂MnO₄+KCl+3H₂O，冷却后捣碎加入蒸馏水并煮沸，然后过滤，滤液中含有KOH、KCl、KClO₃、K₂MnO₄，然后向溶液中通入CO₂并调节溶液的pH至10-11，KOH转化为K₂CO₃，根据溶解性表知，K₂MnO₄溶解度最小，趁热过滤，得到K₂MnO₄固体，然后抽滤、洗涤烘干得到K₂MnO₄粗晶体，
（1）步骤①熔融固体需要在坩埚中进行，且熔融的物质和坩埚成分不反应；
（2）综合相关物质的化学性质及溶解度，步骤③中可以替代CO₂的试剂具有酸性，且和锰酸钾、高锰酸钾都不反应；
（3）如果溶液中存在K₂MnO₄，通入CO₂会产生沉淀；K₂MnO₄溶液显绿色，KMnO₄溶液紫红色；
（4）当溶液pH值达10～11时，停止通CO₂；若CO₂过多，二氧化碳和碳酸钾反应生成碳酸氢钾；
（5）加热时高锰酸钾会分解生成锰酸钾；
（6）①滴定过程中草酸具有还原性，可以还原高锰酸钾溶液为Mn²⁺，草酸被氧化为二氧化碳，结合电荷守恒、原子守恒配平书写离子方程式；
②配制100ml溶液需要溶解、洗涤、转移、定容、摇匀等步骤，依据操作步骤选择需要的玻璃仪器；
③量取KMnO₄待测液10.00ml，若该滴定管用蒸馏水洗净后未润洗，导致高锰酸钾溶液浓度减小；
④滴定终点是利用高锰酸钾溶液颜色变化判断，当滴入最后一滴草酸溶液溶液紫红色变化为无色且半分钟不再变化；
⑤2MnO₄^-+5H₂C₂O₄+6H⁺=2Mn²⁺+10CO₂↑+8H₂O
   2        5
   n     c mol/L×V×10^-3L
n=$\frac{2}{5}$cV×10^-3mol，
100ml溶液中含KMnO4物质的量n=$\frac{2}{5}$cV×10^-3mol×$\frac{100}{10}$=$\frac{2}{5}$cV×10^-2mol，
据此计算高锰酸钾的质量分数．

解答 解：根据流程图知，①中发生反应3MnO₂+KClO₃+6KOH$\frac{\underline{\;熔化\;}}{\;}$3K₂MnO₄+KCl+3H₂O，冷却后捣碎加入蒸馏水并煮沸，然后过滤，滤液中含有KOH、KCl、KClO₃、K₂MnO₄，然后向溶液中通入CO₂并调节溶液的pH至10-11，KOH转化为K₂CO₃，根据溶解性表知，K₂MnO₄溶解度最小，趁热过滤，得到K₂MnO₄固体，然后抽滤、洗涤烘干得到K₂MnO₄粗晶体，
（1）步骤①熔融固体需要在坩埚中进行，且熔融的物质和坩埚成分不反应，步骤①中含有KOH碱性物质，KOH能和SiO₂反应生成硅酸钾，所以应该用铁坩埚熔融，故选D，
故答案为：D；
（2）综合相关物质的化学性质及溶解度，步骤③中可以替代CO₂的试剂具有酸性，且和锰酸钾、高锰酸钾都不反应，稀盐酸和二氧化锰都能被酸性高锰酸钾溶液氧化，所以不能选取，硫酸酸性太强，可以选取醋酸，故选B，
故答案为：B；
（3）如果溶液中存在K₂MnO₄，通入CO₂会产生沉淀，且K₂MnO₄溶液显绿色，KMnO₄溶液紫红色，所以可以通过通入二氧化碳是否产生沉淀及溶液在滤纸上的颜色判断，故选B，
故答案为：B；
（4）当溶液pH值达10～11时，停止通CO₂；若CO₂过多，二氧化碳和碳酸钾反应生成碳酸氢钾，结晶时会同高锰酸钾一起析出，产品纯度降低，
故答案为：二氧化碳和碳酸钾反应生成碳酸氢钾，结晶时会同高锰酸钾一起析出，产品纯度降低；
（5）如果温度过低，烘干时间过长，如果温度过高，会导致高锰酸钾分解，产率降低，
故答案为：如果温度过低，烘干时间过长，如果温度过高，高锰酸钾受热分解；
（6）①滴定过程中草酸具有还原性，可以还原高锰酸钾溶液为Mn²⁺，草酸被氧化为二氧化碳，结合电荷守恒、原子守恒配平书写离子方程式为：2MnO₄^-+5H₂C₂O₄+6H⁺=2Mn²⁺+10CO₂↑+8H₂O，
故答案为：2MnO₄^-+5H₂C₂O₄+6H⁺=2Mn²⁺+10CO₂↑+8H₂O；
②配制100mL该溶液时，配制过程中除玻璃棒和烧杯外还需要用到的玻璃仪器有100mL容量瓶、胶头滴管，
故答案为：100mL容量瓶、胶头滴管；
③若该滴定管用蒸馏水洗净后未润洗，会稀释溶液浓度，则最终测定结果将偏小，
故答案为：偏小；
④滴定终点是利用高锰酸钾溶液颜色变化判断，当滴入最后一滴草酸溶液溶液紫红色变化为无色且半分钟不再变化，说明反应达到终点，
故答案为：溶液由红色变无色；
⑤称量w g KMnO₄粗产品配制成100ml待测溶液，量取KMnO₄待测液10.00ml，经测定每滴定10.00ml待测液平均消耗c mol/L草酸标准液Vml，
     2MnO₄^-+5H₂C₂O₄+6H⁺=2Mn²⁺+10CO₂↑+8H₂O
      2          5
      n        c mol/L×V×10^-3L
n=$\frac{2}{5}$cV×10^-3mol，
100ml溶液中含KMnO4物质的量n=$\frac{2}{5}$cV×10^-3mol×$\frac{100}{10}$=$\frac{2}{5}$cV×10^-2mol，
样品纯度的表达式=$\frac{\frac{2}{5}cV×1{0}^{-2}mol×Mg/mol}{wg}$×100%=$\frac{CVM}{250W}$×100%
故答案为：$\frac{CVM}{250W}$×100%．

点评 本题考查制备实验方案设计，为高频考点，侧重考查学生分析判断及计算、获取信息利用信息解答问题及综合应用能力，涉及仪器的选取、物质检验、物质的量的计算等知识点，注意物质性质的特殊性、容量瓶选取方法和流程分析，题目难度中等．