Question

5．實驗室用MnO₂、KOH及KClO₃為原料制取高錳酸鉀的實驗流程如下：

（1）熔融時需用鐵坩堝和鐵制攪拌棒而不能用玻璃儀器，其原因是在高溫下，瓷坩堝可以和KOH發生反應SiO₂+2KOH═K₂SiO₃+H₂O，腐蝕瓷坩堝．
（2）熔融時，MnO₂轉化為K₂MnO₄，KClO₃轉化為KCl，其反應的化學方程式為3MnO₂+6KOH+KClO₃$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$3K₂MnO₄+KCl+3H₂O．
（3）幾種物質的溶解度曲線如圖所示．
①歧化時，通入CO₂至pH為10～11，K₂MnO₄綠色溶液轉化為KMnO₄和MnO₂．其反應的離子方程式為3MnO₄^2-+2CO₂=2MnO₄^-+MnO₂↓+2CO₃^2-．
②歧化時不能通入過量CO₂的原因是二氧化碳過量會生成溶解度比K₂CO₃小得多的KHCO₃，可能與KMnO₄同時析出．
③通入CO₂后，用玻璃棒蘸取溶液點于濾紙上，觀察到濾紙上有紫紅色，證明歧化反應已發生．
④歧化后得到KMnO₄晶體的操作依次為過濾、加熱濃縮、趁熱過濾及干燥．
（4）在此實驗流程中可循環使用的物質的化學式為MnO₂．

Answer 1

分析 （1）從瓷坩堝原料含有SiO₂，高溫下與KOH發生反應進行分析；
（2）由題意可知，KOH、KClO₃、MnO₂共熔制得綠色K₂MnO₄，根據氧化還原反應可知，還生成KCl，由元素守恒可知，還會生成H₂O；
MnO₂存在，高溫下KClO₃可能發生分解反應生成氯化鉀與氧氣；
（3）①依據氧化還原反應原理書寫離子反應方程式即可；
②由溶解度曲線可知，KHCO₃的溶解度較小，過量的二氧化碳會生成碳酸氫鉀，與高錳酸鉀同時析出，據此解答即可；
③高錳酸鉀為紫紅色溶液，據此解答即可；
④依據從溶液中得到固體的方法回答即可；
（4）熔融過程中加入二氧化錳，歧化反應中生成二氧化錳，據此解答．

解答 解：（1）瓷坩堝原料含有SiO₂，在高溫下，瓷坩堝可以和KOH發生反應SiO₂+2KOH═K₂SiO₃+H₂O，腐蝕瓷坩堝，故不能使用瓷坩堝，而使用鐵坩堝，故答案為：在高溫下，瓷坩堝可以和KOH發生反應SiO₂+2KOH═K₂SiO₃+H₂O，腐蝕瓷坩堝；
（2）由題意可知，KOH、KClO₃、MnO₂共熔制得綠色K₂MnO₄，根據氧化還原反應可知，還生成KCl，由元素守恒可知，還會生成H₂O，反應方程式為KClO₃+3MnO₂+6KOH $\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$KCl+3K₂MnO₄+3H₂O，故答案為：KClO₃+3MnO₂+6KOH $\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$KCl+3K₂MnO₄+3H₂O；
（3）①此反應中錳酸鉀既作氧化劑又作氧化劑，發生歧化反應，+6價的Mn部分升高為+7價，部分降低為+4價，堿性溶液中二氧化碳變為碳酸根，故方程式為：3MnO₄^2-+2CO₂=2MnO₄^-+MnO₂↓+2CO₃^2-，故答案為：3MnO₄^2-+2CO₂=2MnO₄^-+MnO₂↓+2CO₃^2-；
②由溶解度曲線可知，KHCO₃的溶解度較小，過量的二氧化碳會生成碳酸氫鉀，與高錳酸鉀同時析出，對高錳酸鉀的制取造成干擾，故答案為：二氧化碳過量會生成溶解度比K₂CO₃小得多的KHCO₃，可能與KMnO₄同時析出；
③若有高錳酸鉀生成，溶液應顯示紫紅色，故取少許溶液于濾紙上，若觀察到紫色，說明有高錳酸鉀產生，故答案為：濾紙上有紫紅色；
④從溶液中得到固體，需經過過濾、加熱濃縮、趁熱過濾、干燥等操作，故答案為：加熱濃縮、趁熱過濾；
（4）從整個制取流程可以看出熔融過程中加入二氧化錳固體，在通入二氧化碳的歧化反應中又生成，據此得出二氧化錳固體可以循環利用，故答案為：MnO₂．

點評 本題考查學生對工藝流程的理解、閱讀獲取信息能力、物質推斷、氧化還原反應、工藝條件的控制等，難度中等，是對所學知識的綜合運用與能力的考查，需要學生具備扎實的基礎知識與綜合運用知識、信息進行解決問題的能力．