Question

8．高錳酸鉀在實驗室和工農業生產中有廣泛的用途，實驗室以二氧化錳為主要原料制備高錳酸鉀，其部分流程如下：

Ⅰ．（1）第①步加熱熔融應在鐵坩堝中進行，而不用瓷坩堝的原因是SiO₂+2KOH=K₂SiO₃+H₂O （用化學程式表示）．
（2）第④步通人適量CO₂，發生反應生成KMnO₄和MnO₂和碳酸鹽，則發生反應的離子方程式為3MnO₄^2-+2CO₂=2MnO₄^-+MnO₂+2CO₃^2-．
（3）第⑥步加熱濃縮至液面有細小晶體析出時，停止加熱，冷卻結晶、過濾、洗滌、干燥，干燥過程中，溫度不宜過高，其原因是防止溫度過高，KMn0₄受熱分解．
（4）H₂O₂和KMnO₄都是常用的強氧化劑，若向H₂O₂溶液中滴加酸性高錳酸鉀溶液，則酸性高錳酸鉀溶液會褪色，該反應中氧化產物與還原產物的物質的量之比為5：2．
Ⅱ．某小組設計如圖所示的裝置圖（圖中夾持和加熱裝置略去），分別研究SO₂和Cl₂的性質．

（5）若從左端分別通人SO₂和Cl₂，裝置A中觀察到的現象是否相同？相同（填“相同”或“不相同”）；
（6）若裝置B中裝有5.0mL l.0mol/L的碘水，當通入足量Cl₂完全反應后，共轉移了5.0×10^-2mol電子，該反應的化學方程式為5Cl₂+I₂+6H₂O=2HIO₃+10HCl．
（7）探究SO₂的性質時，E裝置中以NaOH溶液吸收尾氣，實驗結束后，E裝置中可能含有的溶質為NaOH、Na₂SO₃、Na₂SO₄（以化學式作答）．

Answer 1

分析 氫氧化鉀和氯酸鉀加熱熔融加入二氧化錳得到熔融物，加入蒸餾水得到墨綠色浸取液，通入二氧化碳發生反應生成KMnO₄和MnO₂和碳酸鹽，加熱成熱過濾得到濾液，濾液加熱濃縮至液面有細小晶體析出時，停止加熱，冷卻結晶、過濾、洗滌、干燥，干燥過程中，溫度不宜過高得到高錳酸鉀，
（1）熔融固體需要用鐵坩堝熔融，瓷坩堝原料含有SiO₂，能和堿反應，高溫下與KOH發生反應；
（2）由題意可知，KOH、KClO₃、MnO₂共熔制得綠色K₂MnO₄，CO₂使MnO₄^2-發生歧化反應，生成MnO₄^-和MnO₂；
（3）KMnO₄在加熱的條件下會發生分解反應；
（4）向H₂O₂溶液中滴加酸性高錳酸鉀溶液．則酸性高錳酸鉀溶液會褪色說明高錳酸鉀做氧化劑氧化過氧化氫為氧氣，依據電子守恒和原子守恒分析配平書寫離子方程式；依據氧化還原反應中定量關系計算；
（5）根據SO₂和Cl₂的化學性質分析反應現象，從而判斷反應現象是否相同；
（6）設碘元素在氧化產物中的化合價為a，則根據電子轉移守恒有5.0×10^-3L×1.0×10^-3mol/L×2×a=5.0×10^-5mol，解得：a=+5，所以碘單質被氧化為HIO₃，據此書寫方程式；
（7）以NaOH溶液吸收尾氣，NaOH溶液一定過量，SO₂和NaOH反應產生亞硫酸鈉，亞硫酸鈉易被空氣中的氧氣氧化生成硫酸鈉．

解答 解：Ⅰ．（1）由于KOH是強堿，在加熱及高溫時容易與玻璃、陶瓷中的SiO₂發生反應，該反應的方程式為：SiO₂+2KOH$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$K₂SiO₃+H₂O．所以加熱熔融KClO₃和KOH的混合物應在鐵坩堝中進行，故答案為：SiO₂+2KOH$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$K₂SiO₃+H₂O；
（2）KOH、KClO₃、MnO₂共熔制得綠色K₂MnO₄，CO₂使MnO₄^2-發生歧化反應，生成MnO₄^-和MnO₂，根據題意結合原子守恒和電荷守恒，可得該反應的方程式為：3MnO₄^2-+2CO₂=2MnO₄^-+MnO₂↓+2CO₃^2-，故答案為：3MnO₄^2-+2CO₂=2MnO₄^-+MnO₂↓+2CO₃^2-；
（3）第⑥步加熱濃縮至液面有細小晶體析出時．停止加熱．冷卻結晶、過濾、洗滌、干燥．KMnO₄受熱容易發生分解反應：2KMnO₄$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$K₂MnO₄+MnO₂+O₂↑．為了防止KMnO₄的分解，所以在干燥時溫度不宜過高，故答案為：防止溫度過高，KMn0₄受熱分解；
（4）KMnO₄和H₂O₂都有強的氧化性，但KMnO₄的氧化性更強，所以二者發生反應時H₂O₂作還原劑，把KMnO₄還原為無色的Mn²⁺，而使溶液褪色，2MnO₄^-+6H⁺+5H₂O₂=2Mn²⁺+5O₂↑+8H₂O，氧化產物與還原產物的物質的量之比為5：2，故答案為：5：2；
Ⅱ．（5）二氧化硫能和有色物質反應生成無色物質，所以二氧化硫有漂白性；氯氣和水反應生成次氯酸，次氯酸具有強氧化性，能使有色物質褪色，所以若從左端分別通入SO₂和Cl₂，裝置A中觀察到的現象相同，都使品紅褪色，故答案為：相同；
（6）裝置B中裝有5.0mL1.0mol•L^-1的碘水，當通入足量Cl₂完全反應后，共轉移了5.0×10^-2mol電子，故I元素在氧化產物中的化合價為5.0×10^-2/（0.005×1.0）=5，故氧化產物為HIO₃，氯氣被還原為HCl，反應方程式為：5Cl₂+I₂+6H₂O=10HCl+2HIO₃ ，故答案為：5Cl₂+I₂+6H₂O=10HCl+2HIO₃ ；
（7）以NaOH溶液吸收尾氣，NaOH溶液一定過量，SO₂和NaOH反應產生亞硫酸鈉，亞硫酸鈉易被空氣中的氧氣氧化生成硫酸鈉，所以實驗結束后，E裝置中可能含有的溶質為NaOH、Na₂SO₃、Na₂SO₄，故答案為：NaOH、Na₂SO₃、Na₂SO₄．

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，題目難度中等，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．