Question

17．KMnO₄是錳的重要化合物，它是一種良好的氧化劑，用來漂白毛、棉和絲，或使油類脫色．其制備方法如下：
（1）第一步，將軟錳礦（主要成分為MnO₂）和苛性鉀混合，在200～270℃下加熱熔融并通入空氣，可制得綠色的錳酸鉀．該反應的離子方程式為2MnO₂+4OH^-+O₂$\frac{\underline{\;熔融\;}}{\;}$2MnO₄^2-+2H₂O；
若改用KClO₃為氧化劑，則轉化可以進行的更快．若轉化等量的MnO₂，前后兩種方法所消耗的氧化劑的物質的量之比為3：2
（2）第二步，錳酸鉀可發(fā)生反應：3MnO₄^2-+4H⁺?MnO₂+2MnO₄^-+2H₂O
據據此分析可知，調節(jié)錳酸鉀溶液呈酸性（填“酸性”、“堿性”或“中性”），有利于生成KMnO₄．該方法中K₂MnO₄生成KMnO₄理論產率最高為66.7%；．
（3）目前生產KMnO₄更好的方法是電解錳酸鉀溶液法．以特制的Ni電極為陽極，Fe板為陰極，電解錳酸鉀溶液，陽極室產生KMnO₄．以軟錳礦為原料生產高錳酸鉀的流程如圖：
電解過程發(fā)生反應的化學方程式為2K₂MnO₄+2H₂O2KMnO₄+2KOH+H₂↑．在整個制備流程中可循環(huán)利用的物質是氫氧化鉀（寫名稱）．
（4）在化學分析上，KMnO₄溶液還經常用于某些物質的定量測定．如測定質量分數約為5%的雙氧水的物質的量濃度的實驗過程如下：①取5mL 該雙氧水溶液稀釋到250mL；②再取25mL該稀釋液并滴入少量稀硫酸；③用0.020mol/L KMnO₄溶液進行滴定，判斷達到滴定終點的實驗現象是滴入最后一滴高錳酸鉀標準溶液，錐形瓶中溶液由無色變?yōu)闇\紫色，且半分鐘內不褪色；④重復操作三次后，消耗KMnO₄溶液體積的平均值為14.70mL，則該雙氧水的物質的量濃度為1.470mol/L（保留三位小數）．

Answer 1

分析 （1）由題給轉化關系可知，MnO₂、KOH的熔融混合物中通入空氣時發(fā)生反應生成K₂MnO₄，根據元素守恒還應生成水．反應中錳元素由+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為4，所以MnO₂系數2，O₂系數為1，根據錳元素守恒確定K₂MnO₄系數，根據鉀元素守恒確定KOH系數，根據氫元素守恒確定H₂O系數；根據得失電子守恒計算兩種方法所消耗的氧化劑的物質的量之比；
（2）根據化學平衡移動原理分析，當K₂MnO₄生完全轉化為成MnO₂和KMnO₄時，KMnO₄理論產率最高；
（3）根據兩極反應書寫電解過程發(fā)生反應的化學方程式，根據流程圖可得出在整個制備流程中可循環(huán)利用的物質是氫氧化鉀；
（4）高錳酸鉀為紫色，當滴定到終點時，H₂O₂被完全氧化，加入的最后一滴高錳酸鉀不反應，溶液的顏色為淺紫色，且半分鐘內不褪色；根據反應離子方程式為2MnO₄^-+5H₂O₂+6H⁺=2Mn²⁺+5O₂↑+8H₂O，據此計算．

解答 解：（1）由題給轉化關系可知，MnO₂、KOH的熔融混合物中通入空氣時發(fā)生反應生成K₂MnO₄，根據元素守恒還應生成水．反應中錳元素由+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為4，所以MnO₂系數2，O₂系數為1，根據錳元素守恒確定K₂MnO₄系數為2，根據鉀元素守恒確定KOH系數為4，根據氫元素守恒確定H₂O系數為2，所以反應化學方程式為2MnO₂+4KOH+O₂ $\frac{\underline{\;熔融\;}}{\;}$2K₂MnO₄+2H₂O，故離子方程式為2MnO₂+4OH^-+O₂$\frac{\underline{\;熔融\;}}{\;}$2MnO₄^2-+2H₂O，根據得失電子守恒，都轉化1molMnO₂時，第一種方法需氧化劑O₂0.5mol，若用KClO₃為，需KClO₃氧化劑$\frac{1}{3}$mol，兩種方法所消耗的氧化劑的物質的量之比為0.5：$\frac{1}{3}$=3：2；
故答案為：2MnO₂+4OH^-+O₂$\frac{\underline{\;熔融\;}}{\;}$2MnO₄^2-+2H₂O；3：2；
（2）根據化學平衡移動原理，要有利于生成KMnO₄，應使反應3MnO₄^2-+4H⁺?MnO₂+2MnO₄^-+2H₂O正向移動，則應調節(jié)錳酸鉀溶液呈酸性，相當于增大H⁺濃度，平衡正向移動，該方法中當K₂MnO₄生完全轉化為成MnO₂和KMnO₄時，KMnO₄理論產率最高，根據方程式計算為2/3=66.7%，
故答案為：酸性； 66.7%；
（3）由題給信息電解錳酸鉀溶液，陽極室產生KMnO₄，陰極應為水電離出的氫離子放電生成氫氣，根據兩極反應書寫電解過程發(fā)生反應的化學方程式為2K₂MnO₄+2H₂O2KMnO₄+2KOH+H₂↑根據流程圖可得出在整個制備流程中可循環(huán)利用的物質是氫氧化鉀，
故答案為：2K₂MnO₄+2H₂O2KMnO₄+2KOH+H₂↑；氫氧化鉀；
（4）高錳酸鉀為紫色，當滴定到終點時，H₂O₂被完全氧化，加入的最后一滴高錳酸鉀不反應，溶液的顏色為淺紫色，滴定消耗KMnO₄的物質的量為14.70×10^-3×0.020mol/L=2.94×10^-4mol，根據反應離子方程式為2MnO₄^-+5H₂O₂+6H⁺=2Mn²⁺+5O₂↑+8H₂O，25mL雙氧水稀釋液中含n（H₂O₂）=$\frac{5}{2}$n（MnO₄^-）=7.35×10^-4mol，則原溶液5mL 雙氧水溶液稀釋到250mL，含n（H₂O₂）=7.35×10^-4mol×10=7.35×10^-3mol，則該雙氧水的物質的量濃度為
$\frac{7.35×1{0}^{-3}mol}{0.005L}$=1.470mol/L；
故答案為：滴入最后一滴高錳酸鉀標準溶液，錐形瓶中溶液由無色變?yōu)闇\紫色，且半分鐘內不褪色；1.470．

點評 本題考查常見氧化劑與還原劑、氧化還原反應滴定、化學計算和對化學平衡移動原理的應用、閱讀題目獲取信息的能力等，難度中等，需要學生具有扎實的基礎知識與靈活運用知識解決問題的能力．