Question

5．高锰酸钾是一种用途广泛的强氧化剂，实验室制备高锰酸钾所涉及的化学方程式如下：
MnO₂熔融氧化：3MnO₂+KClO₃+6KOH $\frac{\underline{\;熔融\;}}{\;}$3K₂MnO₄+KCl+3H₂O；
K₂MnO₄歧化：3K₂MnO₄+2CO₂=2KMnO₄+MnO₂↓+2K₂CO₃．
已知K₂MnO₄溶液显绿色．请回答下列问题：
（1）MnO₂熔融氧化应放在④中加热（填仪器编号）．
①烧杯　②瓷坩埚　③蒸发皿　④钨坩埚
（2）在MnO₂熔融氧化所得产物的热浸取液中通入CO₂气体，使K₂MnO₄歧化的过程在如图装置中进行，A、B、C、D、E为旋塞，F、G为气囊，H为带套管的玻璃棒．
①为了能充分利用CO₂，装置中使用了两个气囊．当试管内依次加入块状碳酸钙和盐酸后，关闭旋塞B、E，微开旋塞A，打开旋塞C、D，往热K₂MnO₄溶液中通入CO₂气体，未反应的CO₂被收集到气囊F中．待气囊F收集到较多气体时，关闭旋塞A、C，打开旋塞B、D、E，轻轻挤压气囊F，使CO₂气体缓缓地压入K₂MnO₄溶液中再次反应，未反应的CO₂气体又被收集在气囊G中．然后将气囊G中的气体挤压入气囊F中，如此反复，直至K₂MnO₄完全反应．
②通入CO₂后，用玻璃棒蘸取溶液点在滤纸上，观察到用玻璃棒蘸取三颈烧瓶内的溶液点在滤纸上，若滤纸上只有紫红色痕迹，无绿色痕迹证明歧化反应已发生．
（3）将三颈烧瓶中所得产物进行过滤，将滤液倒入蒸发皿中，蒸发浓缩，自然冷却结晶，过滤，得到针状的高锰酸钾晶体．本实验应采用低温烘干的方法来干燥产品，原因是溶液表面出现晶膜为止、高锰酸钾晶体受热易分解．
（4）利用氧化还原滴定法进行高锰酸钾纯度分析，原理为：2MnO₄^-+5C₂O₄^2-+16H⁺═2Mn²⁺+10CO₂↑+8H₂O现称取制得的高锰酸钾产品7.245g，配成500mL溶液，用滴定管量取25.00mL待测液，用0.1000mol•L^-1草酸钠标准溶液液进行滴定，终点时消耗标准液体积为50.00mL（不考虑杂质的反应），则高锰酸钾产品的纯度为87.23%（保留3位有效数字，已知M（KMnO₄）=158g•mol^-1）．若量取待测液的滴定管用蒸馏水洗净后没有用待测液润洗或烘干，则最终测定结果将偏小．（填“偏大”、“偏小”、“不变”）

Answer 1

分析 （1）熔融固体物质需要在坩埚内加热，加热熔融物含有碱性KOH应用铁坩埚；
（2）①该操作的目的是将气囊F中的二氧化碳排出，据此判断正确的操作方法；
②根据“K₂MnO₄溶液显绿色”可知，如果该歧化反应结束，则反应后的溶液不会显示绿色；
（3）蒸发溶液获得晶体时不能蒸干，避免固体飞溅；高锰酸钾在温度较高时容易分解，需要低温下烘干；
（4）根据n=cV计算出25mL待测液消耗的醋酸钠的物质的量，再根据反应方程式计算出25mL待测液中含有高锰酸钾的物质的量，从而计算出样品中含有高锰酸钾的物质的量，然后根据m=nM计算出高锰酸钾的质量，最后计算出纯度；待测液被蒸馏水稀释后浓度减小，测定的样品中含有的高锰酸钾物质的量减小，纯度减小．

解答 解：（1）熔融固体物质需要在坩埚内加热，加热熔融物中含有碱性KOH，瓷坩埚中含有二氧化硅，二氧化硅能够与氢氧化钾反应，所以应用铁坩埚，所以④正确，
故答案为：④；
（2）①待气囊F收集到较多气体时，需要将气囊F中二氧化碳排出到热K₂MnO₄溶液中，所以需要关闭A、C，打开B、D、E，轻轻挤压气囊F，从而使CO₂气体缓缓地压入K₂MnO₄溶液中再次反应，
故答案为：A、C；B、D、E；
②由于K₂MnO₄溶液显绿色，所以用玻璃棒蘸取三颈烧瓶内的溶液点在滤纸上，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，
故答案为：用玻璃棒蘸取三颈烧瓶内的溶液点在滤纸上，若滤纸上只有紫红色痕迹，无绿色痕迹；
（3）蒸发溶液获得高锰酸钾时不能蒸干，避免固体飞溅及高锰酸钾的分解，所以应该加热到溶液表面出现晶膜时停止加热，并且应采用低温烘干的方法来干燥产品，避免高锰酸钾晶体受热发生分解，
故答案为：溶液表面出现晶膜为止、高锰酸钾晶体受热易分解；
（4）50mL 0.1000mol•L^-1草酸钠标准溶液中含有醋酸钠的物质的量为：0.1mol/L×0.05L=0.005mol，根据反应2MnO₄^-+5C₂O₄^2-+16H⁺═2Mn²⁺+10CO₂↑+8H₂O可知，消耗0.005mol醋酸钠需要消耗高锰酸根离子的物质的量为：0.005mol×$\frac{5}{2}$=0.002mol，
500mL配制的样品溶液中含有高锰酸根离子的物质的量为：0.002mol×$\frac{500mL}{25mL}$=0.04mol，
则样品中含有高锰酸钾的质量为：0.04mol×158g•mol^-1=6.32g，
则高锰酸钾产品的纯度为：$\frac{6.32g}{7.245g}$×100%=87.23%；
若滴定管用用蒸馏水洗净后没有用待测液润洗或烘干，则导致待测液浓度减小，滴定时消耗的标准液体积偏小，测定结果偏小，
故答案为：87.23%；偏小．

点评 本题通过高锰酸钾的制备，考查了物质制备实验方案的设计方法，题目难度中等，涉及了样品中纯度计算、化学实验基本操作方法、物质制备原理等知识，明确物质制备原理及流程为解答本题的关键，试题充分考查了学生的分析、理解能力及化学实验、化学计算的能力．