Question

15．現有下列裝置，回答問題：

（1）實驗室用KMnO₄制取O₂，反應的符號表達式為KMnO₄$\stackrel{△}{→}$K₂MnO₄+MnO₂+O₂，發生裝置選A，若用C裝置收集O₂并長時間保存，方法是收集時，集氣瓶底部留有水，并將集氣瓶倒置于實驗臺上．
（2）實驗結束后，某小組同學將棉花團投入水槽中，發現溶液為墨綠色，搖晃水槽，又變成紫紅色，可能是生成了MnO₄^-（填化學式）的緣故．
（3）為進一步研究KMnO₄制氧時的失重率，某小組查閱了如下資料，回答：
【資料卡片】：
1、反應中固體失重率為O₂與KMnO₄質量比；
2、研究表明，KMnO₄受熱分解時，主要發生以下兩個反應：
a、KMnO₄$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$K₂MnO₄+K₂Mn₄O₈+O₂↑（失重率約為13.5%）
b、KMnO₄ $\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$KMnO₂+O₂↑（失重率約為20.3%）
①取8.0gKMnO₄，加熱使之完全分解，生成O₂的質量可能為C
A．0.81g       B．1.08g       C．1.42g       D．1.63g
②在43.9℃～377.9℃范圍中，KMnO₄的失重率為18.0%，結合資料分析，在43.9℃～377.9℃范圍中，KMnO₄分解反應主要以b（填“a”或“b”）為主．

Answer 1

分析 （1）根據高錳酸鉀在加熱下分解為錳酸鉀、二氧化錳和氧氣寫出反應的符號表達式即可；高錳酸鉀制取氧氣，需要加熱，屬于固體加熱型，故選發生裝置A；
（2）根據MnO₄^-顯紅色分析；
（3）①據所給信息：KMnO₄受熱分解時，會發生以下兩個反應，可據方程式分別計算出若發生單一反應生成氧氣的質量，因為兩個反應同時發生，所以生成氧氣的質量應在二者之間；
②根據KMnO₄在43.9℃～377.9℃范圍中的失重率（O₂與KMnO₄質量比）為18.0%，結合以上方程式計算失重率，推測發生的主要化學反應．

解答 解：（1）高錳酸鉀制取氧氣，需要加熱，屬于固體加熱型，故選發生裝置D，高錳酸鉀生成錳酸鉀、二氧化錳和氧氣，反應的符合表達式是：KMnO₄$\stackrel{△}{→}$K₂MnO₄+MnO₂+O₂；若用C裝置收集O₂并長時間保存，方法是收集時，集氣瓶底部留有水，并將集氣瓶倒置于實驗臺上；
（2）水槽中的水變成紫紅色，是由高錳酸根離子造成的；
（3）①若發生的是a反應，設8.0gKMnO₄，加熱使之完全分解，生成O₂的質量為x
6KMnO₄$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2K₂MnO₄+K₂Mn₄O₈+4O₂↑
6×158                    4×32                   
8.0g                       x
$\frac{6×158}{8.0g}$=$\frac{4×32}{x}$
x=1.08g     
若發生的是b反應，設8.0gKMnO₄，加熱使之完全分解，生成O₂的質量為y
  KMnO₄$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$KMnO₂+O₂↑
  158            32
  8.0g           y
$\frac{158}{8.0g}$=$\frac{32}{y}$
 y=1.62g
因為KMnO₄受熱分解，會發生以上兩個反應，所以生成氧氣的質量介于1.08g和1.62g之間，故C選項正確；
②由題意可知：KMnO₄在43.9℃～377.9℃范圍中的失重率（O₂與KMnO₄質量比）為18.0%，據方程式可知：在a反應中失重率為：$\frac{4×32}{6×158}$≈0.135，b反應中失重率為：$\frac{32}{158}$≈0.201，可以發現，此時的失重率為18.0%，與b的失重率較為接近，故在43.9℃～377.9℃范圍中，KMnO₄分解反應主要以b為主；
故答案為：（1）KMnO₄$\stackrel{△}{→}$K₂MnO₄+MnO₂+O₂；A；收集時，集氣瓶底部留有水，并將集氣瓶倒置于實驗臺上；（2）MnO₄^-；（3）①C；②b．

點評 據反應物狀態和反應條件選擇發生裝置，據氣體的密度和溶解性選擇收集裝置；用改裝后的裝置收集氣體時如果用排空氣法收集時，密度比空氣“大”的氣體要從“長”的進，密度比空氣“小”的氣體要從“短”的進，用排水法時，氣體要從“短”的進．