Question

6．高锰酸钾是锰的重要化合物和常用的氧化剂．以下是工业上用软锰矿制备高锰酸钾的一种工艺流程．

（1）上述流程中可以循环使用的物质有KOH、MnO₂（写化学式）．
（2）若不考虑制备过程中的损失与物质循环，则1mol MnO₂可制得$\frac{2}{3}$mol KMnO₄；反应中二氧化锰的主要作用是还原剂（“氧化剂”、“还原剂”、“催化剂”）．
（3）操作I的名称是过滤；操作Ⅱ根据KMnO₄和K₂CO₃两物质在溶解度（填性质）上的差异，采用浓缩结晶（填操作步骤）、趁热过滤得到KMnO₄粗晶体．
（4）写出母液中加入生石灰苛化时的反应总的离了方程式CO₃^2-+CaO+H₂O=CaCO₃↓+2OH^-．
（5）该生产中需要纯净的CO₂气体．若实验室要制备纯净的CO₂，所需试剂最好选择（选填代号）CD．
A．石灰石    B．稀HCl    C．稀H₂SO₄    D．纯碱
所需气体发生装置是A（选填序号）．

Answer 1

分析 将MnO₂和KOH粉碎，目的是增大反应物的接触面积，加快反应速率，然后将混合物熔融并通入空气，根据流程图知，二者反应生成K₂MnO₄，根据元素守恒知还生成H₂O，K₂MnO₄和CO₂反应生成KMnO₄、K₂CO₃、MnO₂，KMnO₄、K₂CO₃易溶于水而MnO₂难溶于水，将KMnO₄、K₂CO₃、MnO₂溶于水然后过滤得到KMnO₄、K₂CO₃混合溶液，再根据KMnO₄、K₂CO₃溶解度差异采用加热浓缩、冷却结晶的方法获得KMnO₄晶体，母液中含有K₂CO₃，加入CaO，发生反应K₂CO₃+CaO+H₂O=CaCO₃↓+2KOH，从而得到KOH；
将KMnO₄晶体洗涤干燥得到纯净的KMnO₄晶体；
（1）根据流程图知，KOH和MnO₂都可以循环利用；
（2）根据原子守恒知，1molMnO₂可制得1molK₂MnO₄，K₂MnO₄和CO₂反应生成KMnO₄、K₂CO₃、MnO₂，反应方程式为3K₂MnO₄+2CO₂=2KMnO₄+MnO₂+2K₂CO₃，据此计算，根据流程可知，二氧化锰被氧化成K₂MnO₄，据此判断；
（3）分离难溶物和溶液采用过滤方法；分离易溶于水的两种溶质根据其溶解度差异性采用蒸发结晶方法．
（4）根据流程分析可知，母液中加入生石灰苛化时生成碳酸钙沉淀和氢氧化钾；
（5）石灰石、碳酸氢钠都能和稀盐酸制取二氧化碳，但制取的二氧化碳中含有HCl，稀硫酸和石灰石反应生成微溶物硫酸钙而阻止反应，稀硫酸和碳酸氢钠反应生成二氧化碳，且稀硫酸没有挥发性，根据反应物质特征和反应条件选择装置．

解答 解：将MnO₂和KOH粉碎，目的是增大反应物的接触面积，加快反应速率，然后将混合物熔融并通入空气，根据流程图知，二者反应生成K₂MnO₄，根据元素守恒知还生成H₂O，K₂MnO₄和CO₂反应生成KMnO₄、K₂CO₃、MnO₂，KMnO₄、K₂CO₃易溶于水而MnO₂难溶于水，将KMnO₄、K₂CO₃、MnO₂溶于水然后过滤得到KMnO₄、K₂CO₃混合溶液，再根据KMnO₄、K₂CO₃溶解度差异采用加热浓缩、冷却结晶的方法获得KMnO₄晶体，母液中含有K₂CO₃，加入CaO，发生反应K₂CO₃+CaO+H₂O=CaCO₃↓+2KOH，从而得到KOH；
将KMnO₄晶体洗涤干燥得到纯净的KMnO₄晶体；
（1）根据流程图知，初始反应物是KOH和MnO₂，碳酸钾和石灰苛化得到KOH、锰酸钾和二氧化碳反应生成MnO₂，所以KOH和MnO₂都可以循环利用，
故答案为：KOH；MnO₂；
（2）根据原子守恒知，1molMnO₂可制得1molK₂MnO₄，K₂MnO₄和CO₂反应生成KMnO₄、K₂CO₃、MnO₂，反应方程式为3K₂MnO₄+2CO₂=2KMnO₄+MnO₂+2K₂CO₃，3mol锰酸钾生成2mol高锰酸钾，所以1mol二氧化锰生成$\frac{2}{3}$mol高锰酸钾，根据流程可知，二氧化锰被氧化成K₂MnO₄，所以二氧化锰作还原剂，
故答案为：$\frac{2}{3}$；还原剂；
（3）分离难溶物和溶液采用过滤方法，KMnO₄、K₂CO₃易溶于水而MnO₂难溶于水，所以操作I为过滤；分离易溶于水的两种溶质根据其溶解度差异性采用蒸发结晶方法，KMnO₄和K₂CO₃都易溶于水但二者溶解度不同，所以操作Ⅱ根据KMnO₄和K₂CO₃两物质在溶解度上的差异，采用浓缩结晶、趁热过滤得到KMnO₄粗晶体，
故答案为：过滤；溶解度；浓缩结晶；
（4）根据流程分析可知，母液中加入生石灰苛化时生成碳酸钙沉淀和氢氧化钾，反应的离子方程式为CO₃^2-+CaO+H₂O=CaCO₃↓+2OH^-，
故答案为：CO₃^2-+CaO+H₂O=CaCO₃↓+2OH^-；
（5）石灰石、纯碱都能和稀盐酸制取二氧化碳，盐酸具有挥发性，所以制取的二氧化碳中含有HCl而导致二氧化碳不纯净，稀硫酸和石灰石反应生成微溶物硫酸钙而阻止反应，稀硫酸和纯碱反应生成二氧化碳，且稀硫酸没有挥发性，所以制取的二氧化碳较纯净，故选CD，该反应为固、液不加热的反应，且纯碱易溶于水，所以选择装置A，
故答案为：CD；A．

点评 本题考查物质制备实验方案设计，为高考高频点，侧重考查物质性质、基本操作、计算等知识点，明确流程图中各个环节发生的反应、操作方法是解本题关键，注意（3）中锰酸钾中的Mn元素并不完全转化到高锰酸钾还部分转化到二氧化锰中，为易错点．