Question

2．2011年3月日本本州島附近海域大地震后，災(zāi)區(qū)使用了多種消毒劑，高錳酸鉀就是其中之一．如圖1是工業(yè)上用軟錳礦（主要成分MnO₂）制備高錳酸鉀的一種工藝流程．

（1）該流程的第一步是將MnO₂、KOH的混合物于空氣中加熱熔融制得K₂MnO₄，寫出該反應(yīng)的化學(xué)方程式2MnO₂+4KOH+O₂$\frac{\underline{\;熔融\;}}{\;}$2K₂MnO₄+2H₂O．
（2）KMnO₄稀溶液是一種常用的消毒劑．其消毒機(jī)理與下列物質(zhì)相同的是ab（填代號）．
a．臭氧    b．雙氧水      c．苯酚      d.75%酒精
（3）上述流程中可以循環(huán)使用的物質(zhì)有KOH、MnO₂（寫化學(xué)式）．
（4）操作Ⅰ的名稱是過濾；操作Ⅱ是根據(jù)KMnO₄和K₂CO₃兩物質(zhì)在溶解度（填性質(zhì)）上的差異，采用結(jié)晶、趁熱過濾得到KMnO₄粗晶體的．
（5）KMnO₄粗晶體需要干燥才能得產(chǎn)品，干燥不能在烘箱中高溫烘干，原因是KMnO₄受熱易分解．
（6）在化學(xué)分析中，常需用KMnO₄標(biāo)準(zhǔn)溶液．實(shí)驗(yàn)室一般先稱取一定質(zhì)量的KMnO₄晶體，粗配成大致濃度的KMnO₄溶液，再用性質(zhì)穩(wěn)定、相對分子質(zhì)量較大的基準(zhǔn)物質(zhì)草酸鈉[M_r（Na₂C₂O₄）=134.0]對粗配的KMnO₄溶液進(jìn)行標(biāo)定，測出所配制的KMnO₄溶液的準(zhǔn)確濃度，反應(yīng)原理為：
C₂O₄^2-+MnO₄^-+H⁺→CO₂↑+Mn²⁺+H₂O（未配平）
以下是標(biāo)定KMnO₄溶液的實(shí)驗(yàn)步驟：
步驟一：先粗配濃度約為0.15mol•L^-1的高錳酸鉀溶液500mL．
步驟二：準(zhǔn)確稱取Na₂C₂O₄固體m g放入錐形瓶中，用蒸餾水溶解并加稀硫酸酸化，加熱至70～80℃，用步驟一所配高錳酸鉀溶液進(jìn)行滴定．記錄相關(guān)數(shù)據(jù)．重復(fù)實(shí)驗(yàn)兩到三次．最后計(jì)算得高錳酸鉀的物質(zhì)的量濃度．試回答下列問題：
則①滴定操作圖示（如圖2）正確的是A（填編號）．
②步驟二的滴定過程溫度變化并不明顯，但操作過程中發(fā)現(xiàn)前一階段溶液褪色較慢，中間階段褪色明顯變快，最后階段褪色又變慢．試根據(jù)影響化學(xué)反應(yīng)速率的條件分析，溶液褪色明顯變快的原因可能是Mn²⁺具有催化作用．
③從實(shí)驗(yàn)所得 m的平均數(shù)值為1.340g，滴定的KMnO₄溶液平均用量為25.00mL，則，KMnO₄溶液的準(zhǔn)確濃度為0.1600mol•L^-1．

Answer 1

分析 由工藝流程轉(zhuǎn)化關(guān)系可知，MnO₂、KOH的熔融混合物中通入空氣時發(fā)生反應(yīng)生成K₂MnO₄，向K₂MnO₄溶液中通入CO₂制備KMnO₄、還生成K₂CO₃、MnO₂，通過過濾，分離出二氧化錳，濾液中含KMnO₄和K₂CO₃，根據(jù)KMnO₄和K₂CO₃在溶解性上不同采用蒸發(fā)結(jié)晶的方式可分離出高錳酸鉀和碳酸鉀，對粗高錳酸鉀進(jìn)行重結(jié)晶、干燥得到純凈的高錳酸鉀；向碳酸鉀溶液中加入石灰生成碳酸鈣和氫氧化鈉．
（1）由工藝流程轉(zhuǎn)化關(guān)系可知，MnO₂、KOH的熔融混合物中通入空氣時發(fā)生反應(yīng)生成K₂MnO₄，根據(jù)元素守恒還應(yīng)生成水．反應(yīng)中錳元素由+4價升高為+6價，總升高2價，氧元素由0價降低為-2價，總共降低4價，化合價升降最小公倍數(shù)為4，所以MnO₂系數(shù)2，O₂系數(shù)為1，根據(jù)錳元素守恒確定K₂MnO₄系數(shù)，根據(jù)鉀元素守恒確定KOH系數(shù)，根據(jù)氫元素守恒確定H₂O系數(shù)；
（2）高錳酸鉀具有強(qiáng)氧化性，常常利用高錳酸鉀的強(qiáng)氧化性進(jìn)行消毒；
（3）制備中利用的原料，在轉(zhuǎn)化過程中又生成的可以循環(huán)利用；
（4）分離固體與溶液，采用過濾操作，利用KMnO₄和K₂CO₃在溶解性上進(jìn)行分離；
（5）KMnO₄干燥不能在烘箱中高溫烘干，是因?yàn)楦咤i酸鉀受熱易分解為錳酸鉀、二氧化錳、氧氣；
（6）①依據(jù)酸式滴定管的使用方法分析判斷；
②草酸鈉標(biāo)定高錳酸鉀溶液的濃度，反應(yīng)過程中生成的錳離子可能是起到了催化劑作用，反應(yīng)速率增大；
③反應(yīng)中MnO₄^-→Mn²⁺，Mn元素由+7價→+2價，得5個電子；C₂O₄^2-→CO₂，C元素由+3價→+4價，一個C₂O₄^2-失去2個電子，化合價升高值=化合價降低值=轉(zhuǎn)移電子數(shù)，配平方程式，根據(jù)反應(yīng)5C₂O₄^2-+2MnO₄^-+16H⁺═10CO₂↑+2Mn²⁺+8H₂O，利用C₂O₄^2-和MnO₄^-的量的關(guān)系進(jìn)行計(jì)算．

解答 解：（1）由工藝流程轉(zhuǎn)化關(guān)系可知，MnO₂、KOH的熔融混合物中通入空氣時發(fā)生反應(yīng)生成K₂MnO₄，根據(jù)元素守恒還應(yīng)生成水．反應(yīng)中錳元素由+4價升高為+6價，總升高2價，氧元素由0價降低為-2價，總共降低4價，化合價升降最小公倍數(shù)為4，所以MnO₂系數(shù)2，O₂系數(shù)為1，根據(jù)錳元素守恒確定K₂MnO₄系數(shù)為2，根據(jù)鉀元素守恒確定KOH系數(shù)為4，根據(jù)氫元素守恒確定H₂O系數(shù)為2，所以反應(yīng)化學(xué)方程式為2MnO₂+4KOH+O₂ $\frac{\underline{\;熔融\;}}{\;}$2K₂MnO₄+2H₂O，
故答案為：2MnO₂+4KOH+O₂ $\frac{\underline{\;熔融\;}}{\;}$2K₂MnO₄+2H₂O；
（2）a．臭氧具有強(qiáng)氧化性，常常利用臭氧的強(qiáng)氧化性進(jìn)行殺菌消毒，故a正確；
b．雙氧水具有強(qiáng)氧化性，常常利用雙氧水的強(qiáng)氧化性進(jìn)行殺菌消毒，故b正確；
c．苯酚是通過滲透到細(xì)菌體內(nèi)，使細(xì)菌蛋白質(zhì)凝固（變性），從而殺死細(xì)菌，故c錯誤；
d．75%酒精是通過酒精滲透到細(xì)菌體內(nèi)，使細(xì)菌蛋白質(zhì)凝固（變性），從而殺死細(xì)菌，故d錯誤；
故答案為：ab；
（3）制備中利用的原料，在轉(zhuǎn)化過程中又生成的可以循環(huán)利用．由轉(zhuǎn)化關(guān)系圖知，除石灰、二氧化碳外，K₂MnO₄溶液中通入CO₂以制備KMnO₄生成的MnO₂及最后由母液加入石灰生成的KOH，會在MnO₂、KOH的熔融制備K₂MnO₄中被循環(huán)利用，
故答案為：KOH、MnO₂；
（4）該操作是分離固體與溶液，是過濾操作，KMnO₄和K₂CO₃在溶解性上不同采用蒸發(fā)結(jié)晶的方式可分離，
故答案為：過濾；溶解性；
（5）KMnO₄粗晶體需要干燥才能得產(chǎn)品，干燥不能在烘箱中高溫烘干，原因是：2KMnO₄$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$K₂MnO₄+MnO₂+O₂↑，受熱易分解，
故答案為：KMnO₄受熱易分解；
（6）①使用酸式滴定管時，應(yīng)將滴定管固定在滴定管夾上，活塞柄向右，左手從中間向右伸出，拇指在管前，食指及中指在管后，三指平行地輕輕拿住活塞柄，無名指及小指向手心彎曲，食指及中指由下向上頂住活塞柄一端，拇指在上面配合動作．在轉(zhuǎn)動時，中指及食指不要伸直，應(yīng)該微微彎曲，輕輕向左扣住，這樣既容易操作，又可防止把活塞頂出，
故答案為：A；
②草酸鈉標(biāo)定高錳酸鉀溶液的濃度，反應(yīng)過程中生成的錳離子可能是起到了催化劑作用，反應(yīng)速率增大，
故答案為：Mn²⁺具有催化作用；
③反應(yīng)中MnO₄^-→Mn²⁺，Mn元素由+7價→+2價，一得5個電子；C₂O₄^2-→CO₂，C元素由+3價→+4價，一個C₂O₄^2-失去2個電子，化合價升高值=化合價降低值=轉(zhuǎn)移電子數(shù)=10，由電子守恒和原子守恒可知，反應(yīng)為5C₂O₄^2-+2MnO₄^-+16H⁺=10CO₂↑+2Mn²⁺+8H₂O，根據(jù)反應(yīng)5C₂O₄^2-+2MnO₄^-+16H⁺═10CO₂↑+2Mn²⁺+8H₂O，則5C₂O₄^2-～2MnO₄^-，m的平均數(shù)值為1.340g，即Na₂C₂O₄的物質(zhì)的量n=$\frac{m}{M}$=$\frac{1.34g}{134g/mol}$=0.0100mol，即C₂O₄^2-的物質(zhì)的量為0.0100mol，所以KMnO₄溶液的物質(zhì)的量為0.0040mol，據(jù)C=$\frac{n}{V}$=$\frac{0.004mol}{0.025L}$=0.1600mol/L，
故答案為：0.1600．

點(diǎn)評 本題以制備高錳酸鉀為載體考查了常見氧化劑與還原劑、氧化還原反應(yīng)、化學(xué)計(jì)算和對工藝流程的理解、閱讀題目獲取信息的能力等，解答本題時要充分理解圖中提供的信息，只有理解了圖中信息才能對問題做出正確的判斷，題目難度中等．