Question

6．高錳酸鉀是一種用途廣泛的強氧化劑，實驗室制備高錳酸鉀所涉及的化學方程式如下：
MnO₂熔融氧化：3MnO₂+KClO₃+6KOH $\frac{\underline{\;熔融\;}}{\;}$3K₂MnO₄+KCl+3H₂O；
K₂MnO₄歧化：3K₂MnO₄+2CO₂=2KMnO₄+MnO₂↓+2K₂C₃．


已知KMnO₄溶液顯綠色．請回答下列問題：
（1）MnO₂熔融氧化應放在④中加熱（填儀器編號）．
①燒杯　②瓷坩堝　③蒸發皿　④鐵坩堝
（2）在MnO₂熔融氧化所得產物的熱浸取液中通入CO₂氣體，使K₂MnO₄歧化的過程在如圖裝置中進行，A、B、C、D、E為旋塞，F、G為氣囊，H為帶套管的玻璃棒．
①為了能充分利用CO₂，裝置中使用了兩個氣囊．當試管內依次加入塊狀碳酸鈣和鹽酸后，關閉旋塞B、E，微開旋塞A，打開旋塞C、D，往熱K₂MnO₄溶液中通入CO₂氣體，未反應的CO₂被收集到氣囊F中．待氣囊F收集到較多氣體時，關閉旋塞A、C，打開旋塞B、D、E，輕輕擠壓氣囊F，使CO₂氣體緩緩地壓入K₂MnO₄溶液中再次反應，未反應的CO₂氣體又被收集氣囊G中．然后將氣囊G中的氣體擠壓入氣囊F中，如此反復，直至K₂MnO₄完全反應．
②檢驗K₂MnO₄歧化完全的實驗操作是用玻璃棒蘸取三頸燒瓶內的溶液點在濾紙上，若濾紙上只有紫紅色痕跡，無綠色痕跡，表明反應已歧化完全．
（3）利用氧化還原滴定法進行高錳酸鉀純度分析，原理為：
2MnO₄^-+5C₂O₄^2-+16H⁺=2Mn²⁺+10CO₂↑+8H₂O
現稱制得的高錳酸鉀產品7.245g，配成500mL溶液，用移液管量取25.00mL待測液，用0.1000mol•L^-1草酸鈉標準溶液液進行滴定，終點時消耗標準液體積為50.00mL（不考慮雜質的反應），則高錳酸鉀產品的純度為87.23%（保留4位有效數字已知M（KMnO₄）=158g•mol^-1）．若移液管用蒸餾水洗凈后沒有用待測液潤洗或烘干，則測定結果將偏小．（填“偏大”、“偏小”、“不變”）

Answer 1

分析 （1）熔融固體物質需要在坩堝內加熱，加熱熔融物含有堿性KOH應用鐵坩堝；
（2）①該操作的目的是將氣囊F中的二氧化碳排出，據此判斷正確的操作方法；
②根據“K₂MnO₄溶液顯綠色”可知，如果該歧化反應結束，則反應后的溶液不會顯示綠色；
（3）根據n=cV計算出25mL待測液消耗的醋酸鈉的物質的量，再根據反應方程式計算出25mL待測液中含有高錳酸鉀的物質的量，從而計算出樣品中含有高錳酸鉀的物質的量，然后根據m=nM計算出高錳酸鉀的質量，最后計算出純度；待測液被蒸餾水稀釋后濃度減小，測定的樣品中含有的高錳酸鉀物質的量減小，純度減小．

解答 解：（1）熔融固體物質需要在坩堝內加熱，加熱熔融物中含有堿性KOH，瓷坩堝中含有二氧化硅，二氧化硅能夠與氫氧化鉀反應，所以應用鐵坩堝，所以④正確，
故答案為：④；
（2）①待氣囊F收集到較多氣體時，需要將氣囊F中二氧化碳排出到熱K₂MnO₄溶液中，所以需要關閉A、C，打開B、D、E，輕輕擠壓氣囊F，從而使CO₂氣體緩緩地壓入K₂MnO₄溶液中再次反應，
故答案為：A、C；B、D、E；
②由于K₂MnO₄溶液顯綠色，所以用玻璃棒蘸取三頸燒瓶內的溶液點在濾紙上，若濾紙上只有紫紅色痕跡，無綠色痕跡，表明反應已歧化完全，
故答案為：用玻璃棒蘸取三頸燒瓶內的溶液點在濾紙上，若濾紙上只有紫紅色痕跡，無綠色痕跡，表明反應已歧化完全；
（3）50mL 0.1000mol•L^-1草酸鈉標準溶液中含有醋酸鈉的物質的量為：0.1mol/L×0.05L=0.005mol，根據反應2MnO₄^-+5C₂O₄^2-+16H⁺═2Mn²⁺+10CO₂↑+8H₂O可知，消耗0.005mol醋酸鈉需要消耗高錳酸根離子的物質的量為：0.005mol×$\frac{5}{2}$=0.002mol，
500mL配制的樣品溶液中含有高錳酸根離子的物質的量為：0.002mol×$\frac{500mL}{25mL}$=0.04mol，
則樣品中含有高錳酸鉀的質量為：0.04mol×158g•mol^-1=6.32g，
則高錳酸鉀產品的純度為：$\frac{6.32g}{7.245g}$×100%=87.23%；
若移液管用蒸餾水洗凈后沒有用待測液潤洗或烘干，則導致待測液濃度減小，滴定時消耗的標準液體積偏小，測定結果偏小，
故答案為：87.23%；偏小．

點評 本題通過高錳酸鉀的制備，考查了物質制備實驗方案的設計方法，題目難度中等，涉及了樣品中純度計算、化學實驗基本操作方法、物質制備原理等知識，明確物質制備原理及流程為解答本題的關鍵，試題充分考查了學生的分析、理解能力及化學實驗、化學計算的能力．