Question

1．高锰酸钾是中学化学常用的强氧化剂，实验室中可通过以下反应制得：
MnO₂熔融氧化：3MnO₂+KClO₃+6KOH$\frac{\underline{\;熔化\;}}{\;}$3K₂MnO₄+KCl+3H₂O
K₂MnO₄歧化：3K₂MnO₄+2CO₂═2KMnO₄+MnO₂↓+2K₂CO₃
相关物质的溶解度数据见下表：

20℃	K2CO3	KHCO3	K2MnO4	KMnO4
s（g/100g水）	111	33.7	11.1	6.34

已知K₂MnO₄溶液显绿色，KMnO₄溶液紫红色．
实验流程如下：

请回答：
（1）步骤①应在D中熔化，并用铁棒用力搅拌，以防结块．
A．烧杯　       B．蒸发皿　       C．瓷坩埚　     D．铁坩埚
（2）①综合相关物质的化学性质及溶解度，步骤③中可以替代CO₂的试剂是B．
A．二氧化硫　   B．稀醋酸　       C．稀盐酸　     D．稀硫酸
②当溶液pH值达10～11时，停止通CO₂；若CO₂过多，造成的后果是二氧化碳和碳酸钾反应生成碳酸氢钾，结晶时会同高锰酸钾一起析出，产品纯度降低．
③下列监控K₂MnO₄歧化完全的方法或操作可行的是BC．
A．通过观察溶液颜色变化，若溶液颜色由绿色完全变成紫红色，表明反应已歧化完全
B．取上层清液少许于试管中，继续通入CO₂，若无沉淀产生，表明反应已歧化完全
C．用玻璃棒蘸取溶液点在滤纸上，若滤纸上只有紫红色痕迹，无绿色痕迹，表明反应已歧化完全
D．用pH试纸测定溶液的pH值，对照标准比色卡，若pH为10～11，表明反应已歧化完全
（3）步骤④的操作是把滤液移至蒸发皿内，用小火加热，当浓缩至液面出现晶膜（填实验现象）时，停止加热，冷却，即有KMnO₄晶体析出．
（4）烘干时，温度控制在80℃为宜，理由是如果温度过低，烘干时间过长，如果温度过高，高锰酸钾受热分解．
（5）通过用草酸滴定KMnO₄溶液的方法可测定KMnO₄粗品的纯度（质量分数）．
①实验时先将草酸晶体（H₂C₂O₄•2H₂O）配成标准溶液，实验室常用的容量瓶的规格有100mL、250mL等多种，现配制90mL 1.5mol•L^-1的草酸溶液，需要称取草酸晶体的质量为18.9g．[已知Mr（H₂C₂O₄•2H₂O）=126]
②量取KMnO₄溶液应选用酸式（填“酸式”或“碱式”）滴定管，若该滴定管用蒸馏水洗净后未润洗，则最终测定结果将偏小（填“偏大”、“偏小”或“不变”）．

Answer 1

分析 根据流程图知，①中发生反应3MnO₂+KClO₃+6KOH$\frac{\underline{\;熔化\;}}{\;}$3K₂MnO₄+KCl+3H₂O，冷却后捣碎加入蒸馏水并煮沸，然后过滤，滤液中含有KOH、KCl、KClO₃、K₂MnO₄，然后向溶液中通入CO₂并调节溶液的pH至10-11，KOH转化为K₂CO₃，根据溶解性表知，K₂MnO₄溶解度最小，趁热过滤，得到K₂MnO₄固体，然后抽滤、洗涤烘干得到K₂MnO₄粗晶体，
（1）步骤①熔融固体需要在坩埚中进行，且熔融的物质和坩埚成分不反应；
（2）①综合相关物质的化学性质及溶解度，步骤③中可以替代CO₂的试剂具有酸性，且和锰酸钾、高锰酸钾都不反应；
②当溶液pH值达10～11时，停止通CO₂；若CO₂过多，二氧化碳和碳酸钾反应生成碳酸氢钾；
③如果溶液中存在K₂MnO₄，通入CO₂会产生沉淀；K₂MnO₄溶液显绿色，KMnO₄溶液紫红色；
（3）从溶液中制取晶体时，当加热至大部分晶体析出时停止加热，利用余热蒸干即可；
（4）加热时高锰酸钾会分解生成锰酸钾；
（5）①容量瓶规格要等于或稍大于配制溶液体积，所以配制90mL该溶液时需要100mL容量瓶，根据m=CVM计算草酸晶体质量；
②酸性溶液只能用酸式滴定管量取，碱性溶液只能用碱式滴定管量取；
若该滴定管用蒸馏水洗净后未润洗，则最终测定结果将偏小．

解答 解：根据流程图知，①中发生反应3MnO₂+KClO₃+6KOH$\frac{\underline{\;熔化\;}}{\;}$3K₂MnO₄+KCl+3H₂O，冷却后捣碎加入蒸馏水并煮沸，然后过滤，滤液中含有KOH、KCl、KClO₃、K₂MnO₄，然后向溶液中通入CO₂并调节溶液的pH至10-11，KOH转化为K₂CO₃，根据溶解性表知，K₂MnO₄溶解度最小，趁热过滤，得到K₂MnO₄固体，然后抽滤、洗涤烘干得到K₂MnO₄粗晶体，
（1）步骤①熔融固体需要在坩埚中进行，且熔融的物质和坩埚成分不反应，步骤①中含有KOH碱性物质，KOH能和SiO₂反应生成硅酸钾，所以应该用铁坩埚熔融，故选D；
（2）①综合相关物质的化学性质及溶解度，步骤③中可以替代CO₂的试剂具有酸性，且和锰酸钾、高锰酸钾都不反应，稀盐酸和二氧化锰都能被酸性高锰酸钾溶液氧化，所以不能选取，硫酸酸性太强，可以选取醋酸，故选B；
②当溶液pH值达10～11时，停止通CO₂；若CO₂过多，二氧化碳和碳酸钾反应生成碳酸氢钾，结晶时会同高锰酸钾一起析出，产品纯度降低，
故答案为：二氧化碳和碳酸钾反应生成碳酸氢钾，结晶时会同高锰酸钾一起析出，产品纯度降低；
③如果溶液中存在K₂MnO₄，通入CO₂会产生沉淀，且K₂MnO₄溶液显绿色，KMnO₄溶液紫红色，所以可以通过通入二氧化碳是否产生沉淀及溶液在滤纸上的颜色判断，故选BC；
（3）从溶液中制取晶体时，当加热至大部分晶体析出时停止加热，利用余热蒸干即可，故答案为：液面出现晶膜；
（4）如果温度过低，烘干时间过长，如果温度过高，会导致高锰酸钾分解，产率降低，
故答案为：如果温度过低，烘干时间过长，如果温度过高，高锰酸钾受热分解；
（5）①容量瓶规格要等于或稍大于配制溶液体积，所以配制90mL该溶液时需要100mL容量瓶，草酸晶体质量m=CVM=1.5mol/L×0.1L×126g/mol=18.9g，故答案为：18.9；
②酸性溶液只能用酸式滴定管量取，碱性溶液只能用碱式滴定管量取，高锰酸钾溶液具有酸性，应该用酸式滴定管量取；
若该滴定管用蒸馏水洗净后未润洗，会稀释溶液浓度，则最终测定结果将偏小，故答案为：酸式；偏小．

点评 本题考查制备实验方案设计，为高频考点，侧重考查学生分析判断及计算、获取信息利用信息解答问题及综合应用能力，涉及仪器的选取、物质检验、物质的量的计算等知识点，注意结合物质性质的特殊性分析解答、容量瓶选取方法，酸性高锰酸钾不能用盐酸酸化，因为盐酸会被高锰酸钾溶液氧化，为易错点．