Question

5．实验室用MnO₂、KOH及KClO₃为原料制取高锰酸钾的实验流程如下：

（1）熔融时需用铁坩埚和铁制搅拌棒而不能用玻璃仪器，其原因是在高温下，瓷坩埚可以和KOH发生反应SiO₂+2KOH═K₂SiO₃+H₂O，腐蚀瓷坩埚．
（2）熔融时，MnO₂转化为K₂MnO₄，KClO₃转化为KCl，其反应的化学方程式为3MnO₂+6KOH+KClO₃$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$3K₂MnO₄+KCl+3H₂O．
（3）几种物质的溶解度曲线如图所示．
①歧化时，通入CO₂至pH为10～11，K₂MnO₄绿色溶液转化为KMnO₄和MnO₂．其反应的离子方程式为3MnO₄^2-+2CO₂=2MnO₄^-+MnO₂↓+2CO₃^2-．
②歧化时不能通入过量CO₂的原因是二氧化碳过量会生成溶解度比K₂CO₃小得多的KHCO₃，可能与KMnO₄同时析出．
③通入CO₂后，用玻璃棒蘸取溶液点于滤纸上，观察到滤纸上有紫红色，证明歧化反应已发生．
④歧化后得到KMnO₄晶体的操作依次为过滤、加热浓缩、趁热过滤及干燥．
（4）在此实验流程中可循环使用的物质的化学式为MnO₂．

Answer 1

分析 （1）从瓷坩埚原料含有SiO₂，高温下与KOH发生反应进行分析；
（2）由题意可知，KOH、KClO₃、MnO₂共熔制得绿色K₂MnO₄，根据氧化还原反应可知，还生成KCl，由元素守恒可知，还会生成H₂O；
MnO₂存在，高温下KClO₃可能发生分解反应生成氯化钾与氧气；
（3）①依据氧化还原反应原理书写离子反应方程式即可；
②由溶解度曲线可知，KHCO₃的溶解度较小，过量的二氧化碳会生成碳酸氢钾，与高锰酸钾同时析出，据此解答即可；
③高锰酸钾为紫红色溶液，据此解答即可；
④依据从溶液中得到固体的方法回答即可；
（4）熔融过程中加入二氧化锰，歧化反应中生成二氧化锰，据此解答．

解答 解：（1）瓷坩埚原料含有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：在高温下，瓷坩埚可以和KOH发生反应SiO₂+2KOH═K₂SiO₃+H₂O，腐蚀瓷坩埚；
（2）由题意可知，KOH、KClO₃、MnO₂共熔制得绿色K₂MnO₄，根据氧化还原反应可知，还生成KCl，由元素守恒可知，还会生成H₂O，反应方程式为KClO₃+3MnO₂+6KOH $\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$KCl+3K₂MnO₄+3H₂O，故答案为：KClO₃+3MnO₂+6KOH $\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$KCl+3K₂MnO₄+3H₂O；
（3）①此反应中锰酸钾既作氧化剂又作氧化剂，发生歧化反应，+6价的Mn部分升高为+7价，部分降低为+4价，碱性溶液中二氧化碳变为碳酸根，故方程式为：3MnO₄^2-+2CO₂=2MnO₄^-+MnO₂↓+2CO₃^2-，故答案为：3MnO₄^2-+2CO₂=2MnO₄^-+MnO₂↓+2CO₃^2-；
②由溶解度曲线可知，KHCO₃的溶解度较小，过量的二氧化碳会生成碳酸氢钾，与高锰酸钾同时析出，对高锰酸钾的制取造成干扰，故答案为：二氧化碳过量会生成溶解度比K₂CO₃小得多的KHCO₃，可能与KMnO₄同时析出；
③若有高锰酸钾生成，溶液应显示紫红色，故取少许溶液于滤纸上，若观察到紫色，说明有高锰酸钾产生，故答案为：滤纸上有紫红色；
④从溶液中得到固体，需经过过滤、加热浓缩、趁热过滤、干燥等操作，故答案为：加热浓缩、趁热过滤；
（4）从整个制取流程可以看出熔融过程中加入二氧化锰固体，在通入二氧化碳的歧化反应中又生成，据此得出二氧化锰固体可以循环利用，故答案为：MnO₂．

点评 本题考查学生对工艺流程的理解、阅读获取信息能力、物质推断、氧化还原反应、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．