Question

【題目】高錳酸鉀是常用的氧化劑。某化學小組在實驗室以軟錳礦(主要成分是MnO2)為原料制備KMnO4，下圖是實驗室制備高錳酸鉀的操作流程。

已知：

溫度	溶解度/g
	K2CO3	KHCO3	KMnO4
20℃	111	33.7	6.38

請回答：

(1) 反應①的化學方程式為______________________________________，加熱軟錳礦、KClO3和KOH固體，除三腳架、玻璃棒、泥三角和鐵坩堝外，還用到的儀器有___，不采用瓷坩堝而選用鐵坩堝的理由是______________

(2) 反應②中氧化產(chǎn)物與還原產(chǎn)物的物質(zhì)的量之比為___________________；上述流程中可以循環(huán)利用的物質(zhì)是__________________________。

(3) 實驗時，從濾液中得到KMnO4晶體的實驗操作a為___________________，若CO2過量會生成KHCO3，導致得到的KMnO4產(chǎn)品的純度降低其原因是________。

Answer 1

【答案】(1) KClO3 + 3MnO2 + 6KOH3K2MnO4 + KCl + 3H2O 酒精燈、坩堝鉗 瓷坩堝中的SiO2會與KOH發(fā)生反應 2:1 KOH、MnO2 蒸發(fā)濃縮、冷卻結晶、過濾、洗滌、干燥 KHCO3的溶解度較小，濾液蒸發(fā)濃縮降溫結晶時KHCO3會隨KMnO4一同結晶析出

【解析】

以軟錳礦（主要成分是MnO2）為原料制備KMnO4晶體，軟錳礦固體和KOH固體混合在鐵坩堝中煅燒，得到墨綠色熔塊，為K2MnO4，冷卻后溶于水其水溶液呈深綠色，這是錳酸根在堿溶液中的特征顏色，邊加熱邊通入適量二氧化碳氣體，調(diào)節(jié)溶液pH趁熱過濾得到MnO2和KMnO4溶液，冷卻結晶得到KMnO4晶體。⑴加熱條件下，MnO2、KOH和KClO3反應生成K2MnO4、KCl、H2O，熔融固體物質(zhì)需要在坩堝內(nèi)加熱，加熱熔融物含有堿性物質(zhì)KOH應該用鐵坩堝；瓷坩堝中的二氧化硅和強堿反應，坩堝被腐蝕；⑵工藝流程可知，CO2使MnO42-發(fā)生歧化反應，生成MnO4-和MnO2，根據(jù)元素守恒可知，會生成K2CO3，若通入CO2太多，會有KHCO3生成，濾液中含有KHCO3、KMnO4；氧化還原反應中的氧化劑是元素化合價降低的物質(zhì)，還原劑是元素化合價升高的物質(zhì)，結合化學方程式定量關系和電子守恒計算；流程中需要加入的物質(zhì)在后面有生成該物質(zhì)，該物質(zhì)可以循環(huán)利用；⑶從濾液中得到物質(zhì)的方法是濃縮蒸發(fā)，冷卻結晶，過濾或抽濾得到晶體；工藝流程可知，二氧化碳使MnO42-發(fā)生歧化反應，生成MnO4-和MnO2，根據(jù)元素守恒可知，會生成K2CO3，若通入二氧化碳太多，會有KHCO3生成，濾液中含有KHCO3、高錳酸鉀；

(1).加熱條件下，MnO2、KOH和KClO3反應生成K2MnO4、KCl、H2O，反應的化學方程式為3MnO2＋KClO3＋6KOH3K2MnO4＋KCl＋3H2O；加熱軟錳礦、KClO3和KOH固體混合物時，由于KOH會與瓷坩堝中的SiO2發(fā)生反應：2KOH+SiO2K2SiO3+H2O腐蝕坩堝，而不與Fe發(fā)生反應，所以要用鐵坩堝；

故答案為KClO3 + 3MnO2 + 6KOH3K2MnO4 + KCl + 3H2O；酒精燈、坩堝鉗；瓷坩堝中的SiO2會與KOH發(fā)生反應；

(2).由流程圖可知，二氧化碳使MnO42-發(fā)生歧化反應，生成MnO4-和MnO2，根據(jù)元素守恒可知，會生成K2CO3，若通入二氧化碳太多，會有KHCO3生成，濾液中含有KHCO3、KMnO4，在加熱濃縮時，會有KHCO3和KMnO4晶體一起析出，實驗中通入適量二氧化碳時體系中可能發(fā)生反應的離子方程式為：3MnO42-+2CO2=2 MnO4-+MnO2↓+2CO32-，2OH-+ CO2=CO32-+ H2O，其中氧化還原反應中氧化劑和還原劑都是KMnO4，所以氧化劑和還原劑的質(zhì)量比即為反應的物質(zhì)的量之比為1:2，調(diào)節(jié)溶液pH過程中，所得氧化產(chǎn)物與還原產(chǎn)物的物質(zhì)的量之比為2:1；從流程圖可以看出，需要加入的物質(zhì)有MnO2、KOH、KClO3、CO2（水可以不考慮），反應中又生成KOH、 MnO2，故KOH、 MnO2是可以循環(huán)利用的物質(zhì)，故答案為：2:1；KOH、 MnO2；

(3).依據(jù)流程中的信息，濾液中含有大量的高錳酸鉀和碳酸鉀，再根據(jù)表中的溶解度數(shù)據(jù)可知，高錳酸鉀在室溫下的溶解度較小，而碳酸鉀的溶解度很大，因此，從濾液中得到KMnO4晶體的實驗操作是濃縮蒸發(fā)，冷卻結晶、過濾或抽濾得到晶體；工藝流程可知，二氧化碳使MnO42-發(fā)生歧化反應，生成MnO4-和MnO2，根據(jù)元素守恒可知，會生成K2CO3，若通入二氧化碳太多，會有KHCO3生成，濾液中含有KHCO3、KMnO4，在加熱濃縮時，會有KHCO3和KMnO4晶體一起析出，故答案為：蒸發(fā)濃縮、冷卻結晶、過濾；KHCO3的溶解度比K2CO3小得多，濾液蒸發(fā)濃縮時KHCO3會隨KMnO4一起結晶析出；