题目内容
【题目】锰的化合物在工业、医疗等领域有重要应用。某兴趣小组模拟制备KMnO4及探究锰(II)盐能否被氧化为高锰(VII)酸盐。
I．KMnO4的制备：
反应原理
步骤一：3MnO2+6KOH+KClO3
3K2MnO4+KCl+3H2O
步骤二：3K2MnO4+2CO2 =2KMnO4+MnO2+2K2CO3
实验操作
步骤一：将一定比例的MnO2、KOH和KClO3 固体混合加热，得到墨绿色的固体，冷却后加水溶解得到碱性K2MnO4溶液放入烧杯C中。
步骤二：连接装置，检查气密性后装药品。打开分液漏斗活塞，当C中溶液完全变为紫红色时，关闭活塞停止反应，分离、提纯获取KMnO4晶体。
装置图如下：
(1)检查装置A气密性：关闭分液漏斗活塞，在B中加入蒸馏水至液面超过长导管口，用热毛巾捂住圆底烧瓶，若__________，则说明装置气密性良好。
(2)B中试剂选择的理由________。
(3)反应结束后，未能及时分离KMnO4晶体，发现C中紫红色溶液变浅。该小组同学认为是碱性K2MnO4溶液中的Cl-将生成的MnO4- 还原，导致颜色变浅，指出含有Cl-的判断依据_____________。
II．该小组继续探究Mn2+能否氧化为MnO4-，进行了下列实验：
装置图 | 试剂X | 实验现象 |
| ① 0.5mL 0.1mol/LNaOH溶液 | 生成浅棕色沉淀，一段时间后变为棕黑色 |
②0.5mL 0.1mol/LNaOH 和15%H2O2 混合液 | 立即生成棕黑色沉淀 | |
③ 0.5mL 0.1mol/LHNO3溶液 | 无明显现象 | |
④ 0.5mL 0.1 mol/LHNO3溶液和少量PbO2 | 滴加HNO3无明显现象，加入PbO2立即变为紫红色，稍后紫红色消失，生成棕黑色沉淀 |
已知：i.MnO2为棕黑色固体，难溶于水；
iiKMnO4在酸性环境下缓慢分解产生MnO2。
(4)实验①中生成棕黑色沉淀可能的原因_____。
(5)实验②中迅速生成棕黑色沉淀的离子方程式_____。
(6)对比实验③和④，实验③的作用_____。
(7)甲同学猜测实验④中紫红色消失的原因：酸性条件下KMnO4不稳定，分解产生了MnO2，乙认为不成立，理由是________；乙认为是溶液中的Mn2+将MnO4- 还原，并设计了实验方案证明此推测成立，其方案为_________。
探究结果：酸性条件下下，某些强氧化剂可以将Mn2+氧化为MnO4-。
【答案】导管口有气泡产生，移开热毛巾后，有一段液柱回升 饱和NaHCO3溶液不与CO2反应且除去HCl，同时生成CO2 反应产物中含Cl-，且操作中未除去Cl- 空气中的氧气在碱性环境中将Mn2+氧化为MnO2(或2Mn2+ +O2+4OH-=2MnO2+2H2O) Mn2++H2O2+2OH-= MnO2+2H2O 排除HNO3将Mn2+氧化的可能 资料表明缓慢分解产生MnO2，而实验④中紫红色很快消失并产生棕黑色沉淀 取5mL0.1mol/LMnSO4溶液于试管中，加入0.5mL 0.1mol/L稀HNO3，无明显现象，再滴加几滴KMnO4溶液，立即生成棕黑色沉淀
【解析】
(1)根据气体物质热胀冷缩分析判断；
(2)用HCl与CaCO3反应制取CO2气体中含有HCl，可以利用HCl与NaHCO3反应制取CO2；
(3)根据KMnO4的制备原理及实验操作分析Cl-的来源；
(4)根据实验①②分析①中生成棕黑色沉淀可能的原因；
(5)H2O2在碱性条件下将Mn2+氧化为MnO2，H2O2被还原为H2O；
(6)对比实验③和④，可确定实验③的作用是对照试验；
(7)利用题干信息，结合实验现象分析判断；并结合最后的实验结论设计实验。
(1)检查装置A气密性的方法可以利用气体的体积热胀冷缩的性质，关闭分液漏斗活塞，在B中加入蒸馏水至液面超过长导管口，用热毛巾捂住圆底烧瓶，若装置B、C的导管口有气泡产生，移开热毛巾后，有一段液柱回升，则说明装置气密性良好。
(2)CaCO3与HCl反应产生CO2气体，由于盐酸有挥发性，实验制取得到的CO2气体中含有HCl杂质，可以利用饱和NaHCO3溶液不能溶解CO2气体，而HCl与NaHCO3能够反应产生CO2气体；
(3)反应结束后，未能及时分离KMnO4晶体，发现C中紫红色溶液变浅。该小组同学认为是碱性K2MnO4溶液中的Cl-将生成的MnO4- 还原，导致颜色变浅，证明该溶液中含有Cl-的判断依据是用KClO3制备KMnO4的反应物中含有Cl-，且在反应后没有进行洗涤处理；
(4)①向MnSO4溶液中加入0.5mL 0.1mol/LNaOH溶液，生成浅棕色沉淀，一段时间后变为棕黑色；而当再向其中加入15%H2O2 与0.5mL 0.1mol/LNaOH混合液时，立即生成棕黑色沉淀，说明在碱性环境中有氧化剂时可以产生难溶性的MnO2，实验①中生成棕黑色沉淀可能的原因是空气中的氧气溶解在溶液中，在碱性环境中将Mn2+氧化为MnO2；
(5)实验②中迅速生成棕黑色MnO2沉淀，反应的离子方程式为：Mn2++H2O2+2OH-= MnO2+2H2O；
(6)对比实验③和④，可确定实验③的作用是对照试验；
(7)根据已知信息ii.可知：KMnO4在酸性环境下缓慢分解产生MnO2，使KMnO4的浓度逐渐降低，所以甲同学猜测实验④中紫红色消失；乙认为是溶液中的Mn2+将MnO4- 还原，并设计了实验方案证明此推测成立，根据实验③，向含有Mn2+的溶液中加入硝酸无明显现象，但向该溶液中再加入少量PbO2后迅速产生棕黑色沉淀，说明在酸性条件下，某些强氧化剂可以将Mn2+氧化为MnO2，因此可以设计实验：取5mL0.1mol/LMnSO4溶液于试管中，加入0.5mL 0.1mol/L稀HNO3，无明显现象，再滴加几滴KMnO4溶液，立即生成棕黑色沉淀，证明MnO4-将Mn2+氧化为MnO2，MnO4-被还原为MnO2。
