Question

2．2011年3月日本本州島附近海域大地震后，災區使用了多種消毒劑，高錳酸鉀就是其中之一．如圖1是工業上用軟錳礦（主要成分MnO₂）制備高錳酸鉀的一種工藝流程．

（1）該流程的第一步是將MnO₂、KOH的混合物于空氣中加熱熔融制得K₂MnO₄，寫出該反應的化學方程式2MnO₂+4KOH+O₂$\frac{\underline{\;熔融\;}}{\;}$2K₂MnO₄+2H₂O．
（2）KMnO₄稀溶液是一種常用的消毒劑．其消毒機理與下列物質相同的是ab（填代號）．
a．臭氧    b．雙氧水      c．苯酚      d.75%酒精
（3）上述流程中可以循環使用的物質有KOH、MnO₂（寫化學式）．
（4）操作Ⅰ的名稱是過濾；操作Ⅱ是根據KMnO₄和K₂CO₃兩物質在溶解度（填性質）上的差異，采用結晶、趁熱過濾得到KMnO₄粗晶體的．
（5）KMnO₄粗晶體需要干燥才能得產品，干燥不能在烘箱中高溫烘干，原因是KMnO₄受熱易分解．
（6）在化學分析中，常需用KMnO₄標準溶液．實驗室一般先稱取一定質量的KMnO₄晶體，粗配成大致濃度的KMnO₄溶液，再用性質穩定、相對分子質量較大的基準物質草酸鈉[M_r（Na₂C₂O₄）=134.0]對粗配的KMnO₄溶液進行標定，測出所配制的KMnO₄溶液的準確濃度，反應原理為：
C₂O₄^2-+MnO₄^-+H⁺→CO₂↑+Mn²⁺+H₂O（未配平）
以下是標定KMnO₄溶液的實驗步驟：
步驟一：先粗配濃度約為0.15mol•L^-1的高錳酸鉀溶液500mL．
步驟二：準確稱取Na₂C₂O₄固體m g放入錐形瓶中，用蒸餾水溶解并加稀硫酸酸化，加熱至70～80℃，用步驟一所配高錳酸鉀溶液進行滴定．記錄相關數據．重復實驗兩到三次．最后計算得高錳酸鉀的物質的量濃度．試回答下列問題：
則①滴定操作圖示（如圖2）正確的是A（填編號）．
②步驟二的滴定過程溫度變化并不明顯，但操作過程中發現前一階段溶液褪色較慢，中間階段褪色明顯變快，最后階段褪色又變慢．試根據影響化學反應速率的條件分析，溶液褪色明顯變快的原因可能是Mn²⁺具有催化作用．
③從實驗所得 m的平均數值為1.340g，滴定的KMnO₄溶液平均用量為25.00mL，則，KMnO₄溶液的準確濃度為0.1600mol•L^-1．

Answer 1

分析 由工藝流程轉化關系可知，MnO₂、KOH的熔融混合物中通入空氣時發生反應生成K₂MnO₄，向K₂MnO₄溶液中通入CO₂制備KMnO₄、還生成K₂CO₃、MnO₂，通過過濾，分離出二氧化錳，濾液中含KMnO₄和K₂CO₃，根據KMnO₄和K₂CO₃在溶解性上不同采用蒸發結晶的方式可分離出高錳酸鉀和碳酸鉀，對粗高錳酸鉀進行重結晶、干燥得到純凈的高錳酸鉀；向碳酸鉀溶液中加入石灰生成碳酸鈣和氫氧化鈉．
（1）由工藝流程轉化關系可知，MnO₂、KOH的熔融混合物中通入空氣時發生反應生成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；
（2）高錳酸鉀具有強氧化性，常常利用高錳酸鉀的強氧化性進行消毒；
（3）制備中利用的原料，在轉化過程中又生成的可以循環利用；
（4）分離固體與溶液，采用過濾操作，利用KMnO₄和K₂CO₃在溶解性上進行分離；
（5）KMnO₄干燥不能在烘箱中高溫烘干，是因為高錳酸鉀受熱易分解為錳酸鉀、二氧化錳、氧氣；
（6）①依據酸式滴定管的使用方法分析判斷；
②草酸鈉標定高錳酸鉀溶液的濃度，反應過程中生成的錳離子可能是起到了催化劑作用，反應速率增大；
③反應中MnO₄^-→Mn²⁺，Mn元素由+7價→+2價，得5個電子；C₂O₄^2-→CO₂，C元素由+3價→+4價，一個C₂O₄^2-失去2個電子，化合價升高值=化合價降低值=轉移電子數，配平方程式，根據反應5C₂O₄^2-+2MnO₄^-+16H⁺═10CO₂↑+2Mn²⁺+8H₂O，利用C₂O₄^2-和MnO₄^-的量的關系進行計算．

解答 解：（1）由工藝流程轉化關系可知，MnO₂、KOH的熔融混合物中通入空氣時發生反應生成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，
故答案為：2MnO₂+4KOH+O₂ $\frac{\underline{\;熔融\;}}{\;}$2K₂MnO₄+2H₂O；
（2）a．臭氧具有強氧化性，常常利用臭氧的強氧化性進行殺菌消毒，故a正確；
b．雙氧水具有強氧化性，常常利用雙氧水的強氧化性進行殺菌消毒，故b正確；
c．苯酚是通過滲透到細菌體內，使細菌蛋白質凝固（變性），從而殺死細菌，故c錯誤；
d．75%酒精是通過酒精滲透到細菌體內，使細菌蛋白質凝固（變性），從而殺死細菌，故d錯誤；
故答案為：ab；
（3）制備中利用的原料，在轉化過程中又生成的可以循環利用．由轉化關系圖知，除石灰、二氧化碳外，K₂MnO₄溶液中通入CO₂以制備KMnO₄生成的MnO₂及最后由母液加入石灰生成的KOH，會在MnO₂、KOH的熔融制備K₂MnO₄中被循環利用，
故答案為：KOH、MnO₂；
（4）該操作是分離固體與溶液，是過濾操作，KMnO₄和K₂CO₃在溶解性上不同采用蒸發結晶的方式可分離，
故答案為：過濾；溶解性；
（5）KMnO₄粗晶體需要干燥才能得產品，干燥不能在烘箱中高溫烘干，原因是：2KMnO₄$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$K₂MnO₄+MnO₂+O₂↑，受熱易分解，
故答案為：KMnO₄受熱易分解；
（6）①使用酸式滴定管時，應將滴定管固定在滴定管夾上，活塞柄向右，左手從中間向右伸出，拇指在管前，食指及中指在管后，三指平行地輕輕拿住活塞柄，無名指及小指向手心彎曲，食指及中指由下向上頂住活塞柄一端，拇指在上面配合動作．在轉動時，中指及食指不要伸直，應該微微彎曲，輕輕向左扣住，這樣既容易操作，又可防止把活塞頂出，
故答案為：A；
②草酸鈉標定高錳酸鉀溶液的濃度，反應過程中生成的錳離子可能是起到了催化劑作用，反應速率增大，
故答案為：Mn²⁺具有催化作用；
③反應中MnO₄^-→Mn²⁺，Mn元素由+7價→+2價，一得5個電子；C₂O₄^2-→CO₂，C元素由+3價→+4價，一個C₂O₄^2-失去2個電子，化合價升高值=化合價降低值=轉移電子數=10，由電子守恒和原子守恒可知，反應為5C₂O₄^2-+2MnO₄^-+16H⁺=10CO₂↑+2Mn²⁺+8H₂O，根據反應5C₂O₄^2-+2MnO₄^-+16H⁺═10CO₂↑+2Mn²⁺+8H₂O，則5C₂O₄^2-～2MnO₄^-，m的平均數值為1.340g，即Na₂C₂O₄的物質的量n=$\frac{m}{M}$=$\frac{1.34g}{134g/mol}$=0.0100mol，即C₂O₄^2-的物質的量為0.0100mol，所以KMnO₄溶液的物質的量為0.0040mol，據C=$\frac{n}{V}$=$\frac{0.004mol}{0.025L}$=0.1600mol/L，
故答案為：0.1600．

點評 本題以制備高錳酸鉀為載體考查了常見氧化劑與還原劑、氧化還原反應、化學計算和對工藝流程的理解、閱讀題目獲取信息的能力等，解答本題時要充分理解圖中提供的信息，只有理解了圖中信息才能對問題做出正確的判斷，題目難度中等．