Question

7．從有關化工產品生產資料上查得：工業(yè)上用MnO₂和KOH為主要原料來制取KMnO₄，主要生產過程分兩部進行：第一步，將MnO₂和KOH分別粉碎后混合均勻，在空氣中加熱至熔化，并不斷連接攪拌，以制取K2MnO₄；第二步，將K₂MnO₄的濃溶液用惰性電極進行電解，在陽極可得到KMnO₄．
（1）寫出由MnO₂和KOH制取K₂MnO₄的化學方程式2MnO₂+4KOH+O₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2K₂MnO₄+2H₂O，在該反應過程中必須連續(xù)攪拌的作用是與空氣充分接觸，使MnO₂氧化完全．
（2）電解K₂MnO₄濃溶液時，陰極的產物是H₂、KOH，兩極發(fā)生的電極反應式分別是
陰極：2H₂O+2e^-=H₂↑+2OH^-；
陽極：MnO₄^2--e^-=MnO₄^-．
（3）實驗室可用草酸（H₂C₂O₄）測定高錳酸鉀的純度．已知酸性高錳酸鉀溶液和草酸反應的離子方程式為：MnO$\overline{4}$+H₂C₂O₄+H⁺→CO₂↑+Mn²⁺+H₂O（未配平）．現(xiàn)準確稱取2.000g高錳酸鉀樣品配成250mL酸性溶液，取25.00mL該溶液滴定25.00mL0.1000mol/L的草酸標準液，當達到滴定終點時，共用去酸性高錳酸鉀溶液20.12mL．
①判斷滴定達到終點時的現(xiàn)象是向錐形瓶中滴入最后一滴高錳酸鉀標準液，錐形瓶中溶液變成淺紅色且半分鐘后不變色．
②該高錳酸鉀樣品的純度是98.20%（結果保留四位有效數(shù)字）．

Answer 1

分析 （1）第一步將MnO₂和固體KOH粉碎，混合均勻，在空氣中加熱至熔化，并連續(xù)攪拌以制取K₂MnO₄，利用的是氧化還原反應，二氧化錳被氧化為高價態(tài)，空氣中的氧氣做氧化劑，依據(jù)電子守恒和原子守恒書寫化學方程式；連續(xù)攪拌，二氧化錳能夠與空氣充分接觸，使MnO₂氧化完全；
（2）根據(jù)在電解槽中用鉑板作用陽極，鐵作陰極電解K₂MnO₄溶液得到KMnO₄，陰極上水得電子發(fā)生還原反應生成氫氣和氫氧根離子，陽極上錳酸根離子失電子反應氧化反應生成高錳酸根離子；
（3）①由于酸性高錳酸鉀溶液顯紫紅色，草酸反應完畢，滴入最后一滴高錳酸鉀標準液，錐形瓶中溶液變成淺紅，反應到達終點；
②根據(jù)n=cV計算反應中草酸的物質的量，根據(jù)方程式5H₂C₂O₄+2MnO₄^-+6H⁺=2Mn²⁺+10CO₂↑+8H₂O計算20.12mL中高錳酸鉀的物質的量，再計算原樣品中高錳酸鉀的物質的量，進而計算高錳酸鉀晶體的純度．

解答 解：（1）利用KOH和MnO₂為原料制取KMnO₄，第一步將MnO₂和固體KOH粉碎，混合均勻，在空氣中加熱至熔化，并連續(xù)攪拌以制取K₂MnO₄，反應的化學方程式為：2MnO₂+4KOH+O₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2K₂MnO₄+2H₂O，
將MnO₂和固體KOH粉碎，混合均勻，在空氣中加熱至熔化，并連續(xù)攪拌，二氧化錳能夠與空氣充分接觸，使MnO₂氧化完全，
故答案為：2MnO₂+4KOH+O₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2K₂MnO₄+2H₂O；與空氣充分接觸，使MnO₂氧化完全；
（2）電解錳酸鉀溶液時，陰極上水得電子生成氫氣和氫氧根離子，電極反應為2H₂O+2e^-=H₂↑+2OH^-，陽極上錳酸根離子失電子生成高錳酸根離子，電極反應式為2MnO₄^2--2e^-=2MnO₄^-，總方程式為：2MnO₄^2-+2H₂O=2MnO₄^-+H₂↑+2OH^-，
故答案為：H₂、KOH；2H₂O+2e^-=H₂↑+2OH^-；MnO₄^2--e^-=MnO₄^-；
（3）①由于酸性高錳酸鉀溶液顯紫紅色，所以滴定終點的判斷依據(jù)是向錐形瓶中滴入最后一滴高錳酸鉀標準液，錐形瓶中溶液變成淺紅色且半分鐘后不變色；
故答案為：向錐形瓶中滴入最后一滴高錳酸鉀標準液，錐形瓶中溶液變成淺紅色且半分鐘后不變色；
②反應中草酸的物質的量是0.025L×0.1000mol/L=0.0025mol，
根據(jù)方程式：5H₂C₂O₄+2MnO₄^-+6H⁺=2Mn²⁺+10CO₂↑+8H₂O，可
             5       2
           0.0025mol  0.001mol       
所以20.12mL高錳酸鉀的物質的量為0.001mol，因此原樣品中高錳酸鉀的物質的量是0.001mol×$\frac{250}{20.12}$，則高錳酸鉀的純度是$\frac{0.001×\frac{250}{20.12}×158}{2.000}$×100%=98.20%，
故答案為：98.20%．

點評 本題以電解原理為載體考查了電極反應式的書寫、氧化劑還原劑判斷以及滴定實驗的相關計算等，難度不大，會根據(jù)題中已知條件以及電解原理確定生成物并寫出反應方程式是解本題的關鍵．