Question

9．高锰酸钾是常用的消毒剂、除臭剂、水质净化剂以及强氧化剂．如图是在实验室中制备KMnO₄晶体的流程：

（1）操作①②目的是获得K₂MnO₄，同时还产生了KCl和H₂O，试写出该步反应的化学方程式：KClO₃+3MnO₂+6KOH $\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$3K₂MnO₄+KCl+3H₂O↑．
（2）操作④是使K₂MnO₄转化为KMnO₄和MnO₂，需要通入某种气体调pH=10～11，在实际操作中一般选择CO₂而不是HCl，原因是Cl^-具有还原性，可将K₂MnO₄和KMnO₄还原．
（3）操作④、⑤要用到抽滤装置，仪器B的名称是抽滤瓶，相比普通的过滤，该装置的突出优点是过滤速度快、效果好．
（4）准确称取0.4000g产品放于锥形瓶中，加适量蒸馏水溶解，并加稀硫酸酸化．用0.2000mol•L^-1 的Na₂C₂O₄标准溶液滴定至终点时消耗20.00mL．则产品中KMnO₄的质量分数为63.2%．（保留4位有效数字，不考虑杂质参与反应）后续的平行实验中，下列滴定操作会导致测量结果偏高的是D．
A．锥形瓶洗涤后没有干燥      B．滴定时锥形瓶中有液体溅出
C．滴定终点读数时俯视          D．滴定管滴定前有气泡，滴定后气泡消失．

Answer 1

分析 在碱性条件下氯酸钾与二氧化锰加热熔融发生氧化还原反应，二氧化锰被氧化成锰酸钾，溶于水得墨绿色K₂MnO₄溶液，K₂MnO₄溶液中加入氢氧化钾溶液再调节PH值为10～11，使MnO₄^2-发生歧化反应，生成MnO₄^-和MnO₂，趁热过滤除去二氧化锰，得高锰酸钾溶液，冷却结晶得高锰酸钾晶体，
（1）在碱性条件下氯酸钾与二氧化锰加热熔融发生氧化还原反应，生成K₂MnO₄，同时还产生了KCl和H₂O，根据元素守恒书写化学方程式；
（2）操作④是使MnO₄^2-发生歧化反应，生成MnO₄^-和MnO₂，若溶液碱性过强，则MnO₄^-又会转化为MnO₄^2-和氧气，在调节PH值时，如果用盐酸会被高锰酸钾氧化成氯气，所以不能用盐酸调节PH值；
（3）仪器B为抽滤瓶，抽滤与过滤相比，抽滤速度快、效果好，据此选择；
（4）先根据数据的有效性求出消耗的高锰酸钾溶液的体积，再根据反应5C₂O₄^2-+2MnO₄^-+16H⁺═10CO₂↑+2Mn²⁺+8H₂O，则5C₂O₄^2-～2MnO₄^-，计算KMnO₄的质量分数，根据c（待测）=$\frac{c（标准）V（标准）}{V（待测）}$分析不当操作对V（标准）的影响，以此判断浓度的误差．

解答 解：在碱性条件下氯酸钾与二氧化锰加热熔融发生氧化还原反应，二氧化锰被氧化成锰酸钾，溶于水得墨绿色K₂MnO₄溶液，K₂MnO₄溶液中加入氢氧化钾溶液再调节PH值为10～11，使MnO₄^2-发生歧化反应，生成MnO₄^-和MnO₂，趁热过滤除去二氧化锰，得高锰酸钾溶液，冷却结晶得高锰酸钾晶体，
（1）在碱性条件下氯酸钾与二氧化锰加热熔融发生氧化还原反应，生成K₂MnO₄，同时还产生了KCl和H₂O，反应的化学方程式为：KClO₃+3MnO₂+6KOH $\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$ 3K₂MnO₄+KCl+3H₂O↑，
故答案为：KClO₃+3MnO₂+6KOH $\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$ 3K₂MnO₄+KCl+3H₂O↑；
（2）操作④是使MnO₄^2-发生歧化反应，生成MnO₄^-和MnO₂，反应的离子方程式为3MnO₄^2-+2H₂O=2MnO₄^-+MnO₂↓+4OH^-，若溶液碱性过强，则MnO₄^-又会转化为MnO₄^2-和氧气，反应的离子方程式为 3MnO₄^2-+2H₂O=2MnO₄^-+MnO₂↓+4OH^-，在调节PH值时，Cl^-具有还原性，可将K₂MnO₄和KMnO₄还原，所以如果用盐酸会被高锰酸钾氧化成氯气，故不能用盐酸调节PH值，
故答案为：Cl^-具有还原性，可将K₂MnO₄和KMnO₄还原；
（3）装置图中仪器形状可知B为抽滤瓶，抽滤与过滤相比，抽滤速度快、效果好，所以用抽滤不用过滤，
故答案为：抽滤瓶；过滤速度快、效果好；
（4）先根据数据的有效性求出消耗的高锰酸钾溶液的体积，再根据反应5C₂O₄^2-+2MnO₄^-+16H⁺═10CO₂↑+2Mn²⁺+8H₂O，准确称取0.4000g产品放于锥形瓶中，加适量蒸馏水溶解，并加稀硫酸酸化．用0.2000mol•L^-1 的Na₂C₂O₄标准溶液滴定至终点时消耗20.00mL．
            则5C₂O₄^2-～～～～～～2MnO₄^-，
                  5                                    2
0.2000mol•L^-1×0.0200L                 n=$\frac{2}{5}$×0.0040mol=0.0016mol
产品中KMnO₄的质量分数=$\frac{0.0016mol×158g/mol}{0.4000g}$×100%=63.2%，
根据c（待测）=$\frac{c（标准）V（标准）}{V（待测）}$分析不当操作对V（标准）的影响，
A．锥形瓶洗涤后没有干燥对测定结果无影响，故A错误；     
B．滴定时锥形瓶中有液体溅出导致测定结果偏低，B错误；
C．滴定终点读数时俯视，导致标准溶液体积减少，测定结果偏低，故C错误；         
D．滴定管滴定前有气泡，滴定后气泡消失，读取标准溶液的体积增大，导致测定结果偏高，故D正确；
故答案为：63.2%；D；

点评 本题考查了制备实验中的有关知识，题目难度不大，明确常用消毒剂的消毒原理、化学试剂的存放等知识点，注意滴定实验的过程分析和数值计算．