Question

高錳酸鉀在飲用水和工業污水處理領域的消費增長較快．實驗室可用軟錳礦（主要成分MnO₂）為原料制備高錳酸鉀．其部分流程如下：

已知：①流程中所加軟錳礦中含50g MnO₂；
②生成墨綠色浸出液的反應為：KClO₃+3MnO₂+6KOH═3K₂MnO₄+KCl+3H₂O．回答下列問題：
（1）實驗中采用鐵坩堝而不用瓷坩堝的原因是

 

．
（2）寫出通入CO₂，可使MnO₄^2-發生反應，生成MnO₄^-及MnO₂的離子方程式：

 

；若通入CO₂太多，則在加熱濃縮時，會有

 

晶體和KMnO₄晶體一起析出．
（3）在加熱、濃縮、烘干的過程中溫度不宜過高，其原因是

 

；趁勢過濾的目的

 

；加熱時用玻璃棒不斷攪拌溶液的目的是

 

；洗滌KMnO₄晶體用冷水洗滌較好的原因是

 

．
（4）計算12.25g KClO₃固體經過上述轉化，最多可制得KMnO₄的質量為

 

（結果保留一位小數）．

Answer 1

考點：物質分離和提純的方法和基本操作綜合應用,制備實驗方案的設計

專題：實驗設計題

分析：KOH、KClO₃、MnO₂共熔制得綠色K₂MnO₄，通入CO₂，可使MnO₄^2-發生歧化反應，生成MnO₄^-及MnO₂，若通入CO₂太多，會生KHCO₃，濾液中含有KHCO₃、KMnO₄，經過濾、洗滌、加熱、濃縮、烘干可得到高錳酸鉀，
（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；
（2）通入CO₂，可使MnO₄^2-發生歧化反應，生成MnO₄^-及MnO₂，若通入CO₂太多，會生KHCO₃；
（3）KMnO₄在溫度過高的條件下會發生分解反應，故在加熱、濃縮、烘干的過程中溫度不宜過高，溫度降低，物質的溶解度降低，混合液趁熱過濾，減少產品的損失，提高產率，使用玻璃棒攪拌，可以使溶液受熱均勻，有利于蒸發溶劑，洗滌KMnO₄晶體用冷水洗滌較好的原因是防止高錳酸鉀溶解；
（4）根據反應的關系式計算．

解答： 解：KOH、KClO₃、MnO₂共熔制得綠色K₂MnO₄，通入CO₂，可使MnO₄^2-發生歧化反應，生成MnO₄^-及MnO₂，若通入CO₂太多，會生KHCO₃，濾液中含有KHCO₃、KMnO₄，經過濾、洗滌、加熱、濃縮、烘干可得到高錳酸鉀，
（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）通入CO₂，可使MnO₄^2-發生歧化反應，生成MnO₄^-及MnO₂，反應的離子方程式為3MnO₄^2-+2CO₂=2MnO₄^-+MnO₂+2CO₃^2-，工藝流程可知，CO₂使MnO₄^2-發生歧化反應，生成MnO₄^-和MnO₂，根據元素守恒可知，會生成K₂CO₃，若通入CO₂太多，會生KHCO₃，
故答案為：3MnO₄^2-+2CO₂=2MnO₄^-+MnO₂+2CO₃^2-；KHCO₃；
（3）KMnO₄在溫度過高的條件下會發生分解反應，故在加熱、濃縮、烘干的過程中溫度不宜過高，溫度降低，物質的溶解度降低，混合液趁熱過濾，減少產品的損失，提高產率，使用玻璃棒攪拌，可以使溶液受熱均勻，有利于蒸發溶劑，洗滌KMnO₄晶體用冷水洗滌較好的原因是防止高錳酸鉀溶解，
故答案為：溫度過高會導致KMnO₄分解；防止KMnO₄結晶析出；受熱均勻，有利于蒸發溶劑；減少高錳酸鉀的溶解；
（4）設計反應分別為KClO₃+3MnO₂+6KOH═3K₂MnO₄+KCl+3H₂O、3MnO₄^2-+3CO₂+2OH^-=2MnO₄^-+MnO₂+3CO₃^2-+H₂O，可得關系式KClO₃～2KMnO₄，
             122.5  2×158 
             12.25g   m
m=2×15.8g=31.6g，
故答案為：31.6g．

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．