Question

15．现有下列装置，回答问题：

（1）实验室用KMnO₄制取O₂，反应的符号表达式为KMnO₄$\stackrel{△}{→}$K₂MnO₄+MnO₂+O₂，发生装置选A，若用C装置收集O₂并长时间保存，方法是收集时，集气瓶底部留有水，并将集气瓶倒置于实验台上．
（2）实验结束后，某小组同学将棉花团投入水槽中，发现溶液为墨绿色，摇晃水槽，又变成紫红色，可能是生成了MnO₄^-（填化学式）的缘故．
（3）为进一步研究KMnO₄制氧时的失重率，某小组查阅了如下资料，回答：
【资料卡片】：
1、反应中固体失重率为O₂与KMnO₄质量比；
2、研究表明，KMnO₄受热分解时，主要发生以下两个反应：
a、KMnO₄$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$K₂MnO₄+K₂Mn₄O₈+O₂↑（失重率约为13.5%）
b、KMnO₄ $\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$KMnO₂+O₂↑（失重率约为20.3%）
①取8.0gKMnO₄，加热使之完全分解，生成O₂的质量可能为C
A．0.81g       B．1.08g       C．1.42g       D．1.63g
②在43.9℃～377.9℃范围中，KMnO₄的失重率为18.0%，结合资料分析，在43.9℃～377.9℃范围中，KMnO₄分解反应主要以b（填“a”或“b”）为主．

Answer 1

分析 （1）根据高锰酸钾在加热下分解为锰酸钾、二氧化锰和氧气写出反应的符号表达式即可；高锰酸钾制取氧气，需要加热，属于固体加热型，故选发生装置A；
（2）根据MnO₄^-显红色分析；
（3）①据所给信息：KMnO₄受热分解时，会发生以下两个反应，可据方程式分别计算出若发生单一反应生成氧气的质量，因为两个反应同时发生，所以生成氧气的质量应在二者之间；
②根据KMnO₄在43.9℃～377.9℃范围中的失重率（O₂与KMnO₄质量比）为18.0%，结合以上方程式计算失重率，推测发生的主要化学反应．

解答 解：（1）高锰酸钾制取氧气，需要加热，属于固体加热型，故选发生装置D，高锰酸钾生成锰酸钾、二氧化锰和氧气，反应的符合表达式是：KMnO₄$\stackrel{△}{→}$K₂MnO₄+MnO₂+O₂；若用C装置收集O₂并长时间保存，方法是收集时，集气瓶底部留有水，并将集气瓶倒置于实验台上；
（2）水槽中的水变成紫红色，是由高锰酸根离子造成的；
（3）①若发生的是a反应，设8.0gKMnO₄，加热使之完全分解，生成O₂的质量为x
6KMnO₄$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2K₂MnO₄+K₂Mn₄O₈+4O₂↑
6×158                    4×32                   
8.0g                       x
$\frac{6×158}{8.0g}$=$\frac{4×32}{x}$
x=1.08g     
若发生的是b反应，设8.0gKMnO₄，加热使之完全分解，生成O₂的质量为y
  KMnO₄$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$KMnO₂+O₂↑
  158            32
  8.0g           y
$\frac{158}{8.0g}$=$\frac{32}{y}$
 y=1.62g
因为KMnO₄受热分解，会发生以上两个反应，所以生成氧气的质量介于1.08g和1.62g之间，故C选项正确；
②由题意可知：KMnO₄在43.9℃～377.9℃范围中的失重率（O₂与KMnO₄质量比）为18.0%，据方程式可知：在a反应中失重率为：$\frac{4×32}{6×158}$≈0.135，b反应中失重率为：$\frac{32}{158}$≈0.201，可以发现，此时的失重率为18.0%，与b的失重率较为接近，故在43.9℃～377.9℃范围中，KMnO₄分解反应主要以b为主；
故答案为：（1）KMnO₄$\stackrel{△}{→}$K₂MnO₄+MnO₂+O₂；A；收集时，集气瓶底部留有水，并将集气瓶倒置于实验台上；（2）MnO₄^-；（3）①C；②b．

点评 据反应物状态和反应条件选择发生装置，据气体的密度和溶解性选择收集装置；用改装后的装置收集气体时如果用排空气法收集时，密度比空气“大”的气体要从“长”的进，密度比空气“小”的气体要从“短”的进，用排水法时，气体要从“短”的进．