Question

4．高锰酸钾在饮用水和工业污水处理领域的消费增长较快．实验室可用软锰矿（主要成分为MnO₂）为原料制备高锰酸钾．其部分流程如下：

已知：墨绿色浸出液的成分为K₂MnO₄、KCl溶液
回答下列问题：
（1）实验中采用铁坩埚而不是瓷坩埚的原因是：（用化学反应方程式表示）SiO₂+2KOH$\frac{\underline{\;强热\;}}{\;}$K₂SiO₃+H₂O．
（2）写出生成K₂MnO₄和KCl反应的化学方程式：KClO₃+3MnO₂+6KOH $\frac{\underline{\;熔融\;}}{\;}$KCl+3K₂MnO₄+3H₂O；
通入CO₂，可使MnO₄^2-发生反应，生成MnO₄^2-及MnO₂．若通入CO₂太多，则在加热浓缩时，会有KHCO₃晶体和KMnO₄晶体一起析出．
（3）在加热、浓缩、烘干的过程中温度不宜过高，其原因是（用化学反应方程式表示）2KMnO₄$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$O₂↑+MnO₂+K₂MnO₄；过滤用到的玻璃仪器有烧杯、玻璃棒、漏斗；加热时用玻璃棒不断搅拌溶液的目的是受热均匀利于蒸发溶剂；洗涤KMnO₄晶体用冷水洗涤较好的原因是减少高锰酸钾的溶解．
（4）计算12.25g KClO₃固体经过上述转化，最多可制得KMnO₄的质量为31.6g（结果保留一位小数）

Answer 1

分析 （1）瓷坩埚原料含有SiO₂，高温下与KOH发生反应；
（2）由题意可知，KOH、KClO₃、MnO₂共熔制得绿色溶液中含有K₂MnO₄，KCl，由元素守恒可知，还会生成H₂O；
工艺流程可知，CO₂使MnO₄^2-发生歧化反应生成MnO₄^-和MnO₂，根据元素守恒可知，会生成K₂CO₃，若通入CO₂太多会生KHCO₃；
（3）温度过高KMnO₄发生分解反应生成锰酸钾、二氧化锰与氧气；过滤用到的玻璃仪器有烧杯、玻璃棒、漏斗；加热时用玻璃棒不断搅拌，受热均匀利于蒸发溶剂，防止液体飞溅；洗涤KMnO₄晶体用冷水洗涤，降低溶解度，减少因溶解导致的损失；
（4）生成K₂MnO₄的反应为：KClO₃+3MnO₂+6KOH $\frac{\underline{\;熔融\;}}{\;}$KCl+3K₂MnO₄+3H₂O，通入二氧化碳时，MnO₄^2-→MnO₄^-，MnO₄^2-→MnO₂，根据电子转移守恒2n（MnO₂）=n（MnO₄^-），根据锰元素守恒可知，转化KMnO₄的MnO₄^2-占$\frac{2}{3}$，可得关系式：KClO₃～3K₂MnO₄～2KMnO₄，根据关系式计算．

解答 解：（1）坩埚原料含有SiO₂，在高温下，瓷坩埚可以和KOH发生反应SiO₂+2KOH═K₂SiO₃+H₂O，腐蚀瓷坩埚，故不能使用瓷坩埚，而使用铁坩埚，
故答案为：SiO₂+2KOH$\frac{\underline{\;强热\;}}{\;}$K₂SiO₃+H₂O；
（2）由题意可知，KOH、KClO₃、MnO₂共熔制得绿色溶液中含有K₂MnO₄，KCl，由元素守恒可知，还会生成H₂O，反应方程式为：KClO₃+3MnO₂+6KOH $\frac{\underline{\;熔融\;}}{\;}$KCl+3K₂MnO₄+3H₂O，
工艺流程可知，CO₂使MnO₄^2-发生歧化反应生成MnO₄^-和MnO₂，根据元素守恒可知，会生成K₂CO₃，若通入CO₂太多会生KHCO₃，会有KHCO₃晶体和KMnO₄晶体一起析出，
故答案为：KClO₃+3MnO₂+6KOH $\frac{\underline{\;熔融\;}}{\;}$KCl+3K₂MnO₄+3H₂O；KHCO₃；
（3）温度过高KMnO₄发生分解反应：2KMnO₄$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$O₂↑+MnO₂+K₂MnO₄，故在加热、浓缩、烘干的过程中温度不宜过高；过滤用到的玻璃仪器有烧杯、玻璃棒、漏斗；加热时用玻璃棒不断搅拌，受热均匀利于蒸发溶剂，防止液体飞溅；洗涤KMnO₄晶体用冷水洗涤，降低溶解度，减少因溶解导致的损失，
故答案为：2KMnO₄$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$O₂↑+MnO₂+K₂MnO₄；玻璃棒、漏斗；受热均匀利于蒸发溶剂；减少高锰酸钾的溶解；
（4）生成K₂MnO₄的反应为：KClO₃+3MnO₂+6KOH $\frac{\underline{\;熔融\;}}{\;}$KCl+3K₂MnO₄+3H₂O，通入二氧化碳时，MnO₄^2-→MnO₄^-，MnO₄^2-→MnO₂，根据电子转移守恒2n（MnO₂）=n（MnO₄^-），根据锰元素守恒可知，转化KMnO₄的MnO₄^2-占$\frac{2}{3}$，可得关系式：KClO₃～3K₂MnO₄～2KMnO₄，
设12.25g KClO₃固体经过上述转化，最多可制得KMnO₄的质量为x，则：
KClO₃～3K₂MnO₄～2KMnO₄
122.5          316   
12.25g         x
所以x=$\frac{12.25g×316}{122.5}$=31.6g
故答案为：31.6．

点评 本题考查学生对工艺流程的理解、阅读获取信息能力、氧化还原反应、物质分离提纯、工艺条件的控制等，难度中等，是对所学知识的综合运用与能力的考查，需要学生具备扎实的基础知识与综合运用知识、信息进行解决问题的能力．