题目内容
【题目】【化学-选修2:化学与技术】(15分)
实验室用MnO2、KOH及KClO3原料制取高锰酸钾的实验流程如下:
回答下列问题:
(1)实验中采用_______(填“铁坩埚”或“瓷坩埚”)加热KOH和KClO3固体混合物。
(2)熔融时,MnO2转化为K2MnO4,KClO3转化为KCl,该反应的化学方程式为__________。
(3)几种物质的溶解度曲线如图所示。
①通入CO2至pH为10~11, K2MnO4转化为KMnO4和MnO2,该反应的离子方程式为_________。
②不能通入过量CO2的原因是_____________。
(4)趁热过滤的目的是_________;用冷水洗涤KMnO4晶体较好的原因是_____________。
(5)计算经过上述转化,最多可制得KMnO4质量为________(结果保留2位小数)。
【答案】(1)铁坩埚(2分);(2)3MnO2+6KOH+KClO33K2MnO4+3H2O(2分)
(3)①3MnO42-+2CO2=2MnO4-+MnO2+2CO32-(2分);②二氧化碳过量会生成溶解度比K2CO3小得多的KHCO3,KHCO3可能与KMnO4同时析出(2分)
(4)防止KMnO4结晶析出(2分);减少高锰酸钾的溶解(2分) (5)6.45g
【解析】
试题分析:(1)玻璃的成分中含SiO2,因为SiO2属于酸性氧化物,可以和KOH反应,因此不能用玻璃仪器,而用铁坩埚加热KOH和KClO3固体混合物;
(2)根据信息,反应方程式为:MnO2+KClO3+KOH→K2MnO4+KCl,MnO2→K2MnO4化合价↑2,KClO3→KCl化合价↓6,最小公倍数为6,因此MnO2、K2MnO4的系数为3,根据钾元素守恒,KOH的系数为6,根据原子守恒,配平其他,即3MnO2+6KOH+KClO33K2MnO4+KCl+3H2O;
(3)①MnO42-→MnO4-+MnO2,MnO42-→MnO4-化合价↑1,MnO42-→MnO2化合价↓2,最小公倍数为2,即MnO4-的系数为2,则MnO42-的系数为3,根据反应前后原子守恒和所带电荷守恒,CO2转化成了CO32-,因此离子反应式为:3MnO42-+2CO2=2MnO4-+ MnO2↓ + 2CO32-;
②因为过量的CO2和CO32-反应生成HCO3-,根据溶解度曲线图,KHCO3的溶解度小,可能和KMnO4一起析出,产物不纯,因此原因是:二氧化碳过量会生成溶解度比K2CO3小得多的KHCO3,可能与KMnO4同时析出;
(4)结合图像可知,几种物质中,KMnO4的溶解度比其他物质小的多,因此过滤后,加热浓缩,KMnO4首先析出,然后趁热过滤,防止其他物质析出;溶解度随温度的升高二增大,因此用冷水洗涤KMnO4晶体较好的原因是减少高锰酸钾的溶解;
(5)二氧化锰、氢氧化钾和氯酸钾的物质的量分别是0.12mol、0.19mol、0.02mol,所以在反应中氯酸钾不足,则根据方程式可知生成高锰酸钾的质量是。
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