Question

高錳酸鉀是錳的重要化合物和常用的氧化劑．以下是工業(yè)上用軟錳礦制備高錳酸鉀的一種工藝流程．20℃時(shí)溶解度（克/100克水），K₂CO₃：111，KMnO₄：6.34．

（1）KMnO₄稀溶液是一種常用的消毒劑．其消毒機(jī)理與下列

 

（填序號(hào)）物質(zhì)相似．
A．75%酒精    B．雙氧水    C．苯酚     D．NaClO溶液
（2）寫出MnO₂、KOH的熔融混合物中通入空氣時(shí)發(fā)生的主要反應(yīng)的化學(xué)方程式：

 

．
（3）向K₂MnO₄溶液中通入CO₂以制備KMnO₄，該反應(yīng)中的還原劑和氧化劑之比是

 

．
（4）上述流程中可以循環(huán)使用的物質(zhì)有石灰、二氧化碳、

 

和

 

．
（5）若不考慮物質(zhì)循環(huán)與制備過程中的損失，則1mol MnO₂可制得

 

mol KMnO₄．
（6）操作Ⅰ的名稱是

 

；操作Ⅱ是根據(jù)KMnO₄和K₂CO₃兩物質(zhì)在

 

（填性質(zhì)）上差異，采用

 

（填操作步驟）、趁熱過濾得到KMnO₄粗晶體的．

Answer 1

考點(diǎn)：物質(zhì)分離和提純的方法和基本操作綜合應(yīng)用,制備實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)

專題：實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)題

分析：由工藝流程轉(zhuǎn)化關(guān)系可知，MnO₂、KOH的熔融混合物中通入空氣時(shí)發(fā)生反應(yīng)生成K₂MnO₄，向K₂MnO₄溶液中通入CO₂制備KMnO₄、還生成K₂CO₃、MnO₂，通過過濾，分離出二氧化錳，濾液中含KMnO₄和K₂CO₃，根據(jù)KMnO₄和K₂CO₃在溶解性上不同采用蒸發(fā)結(jié)晶的方式可分離出高錳酸鉀和碳酸鉀，對(duì)粗高錳酸鉀進(jìn)行重結(jié)晶、干燥得到純凈的高錳酸鉀；向碳酸鉀溶液中加入石灰生成碳酸鈣和氫氧化鈉．
（1）高錳酸鉀具有強(qiáng)氧化性，常常利用高錳酸鉀的強(qiáng)氧化性進(jìn)行消毒；
（2）由工藝流程轉(zhuǎn)化關(guān)系可知，MnO₂、KOH的熔融混合物中通入空氣時(shí)發(fā)生反應(yīng)生成K₂MnO₄，根據(jù)元素守恒還應(yīng)生成水．反應(yīng)中錳元素由+4價(jià)升高為+6價(jià)，總升高2價(jià)，氧元素由0價(jià)降低為-2價(jià)，總共降低4價(jià)，化合價(jià)升降最小公倍數(shù)為4，所以MnO₂系數(shù)2，O₂系數(shù)為1，根據(jù)錳元素守恒確定K₂MnO₄系數(shù)，根據(jù)鉀元素守恒確定KOH系數(shù)，根據(jù)氫元素守恒確定H₂O系數(shù)；
（3）由工藝流程轉(zhuǎn)化關(guān)系可知，向K₂MnO₄溶液中通入CO₂制備KMnO₄、還生成K₂CO₃、MnO₂，所含元素化合價(jià)升升降總數(shù)相等來(lái)確定氧化劑和還原劑的物質(zhì)的量之比；
（4）制備中利用的原料，在轉(zhuǎn)化過程中又生成的可以循環(huán)利用；
（5）根據(jù)氧化還原反應(yīng)中得失電子守恒計(jì)算高錳酸鉀和二氧化錳的比值；
（6）分離固體與溶液，采用過濾操作，利用KMnO₄和K₂CO₃在溶解性上進(jìn)行分離．

解答： 解：（1）高錳酸鉀具有強(qiáng)氧化性，常常利用高錳酸鉀的強(qiáng)氧化性進(jìn)行消毒．
A、75%酒精是通過酒精滲透到細(xì)菌體內(nèi)，使細(xì)菌蛋白質(zhì)凝固（變性），從而殺死細(xì)菌，故A錯(cuò)誤；
B、雙氧水具有強(qiáng)氧化性，常常利用雙氧水的強(qiáng)氧化性進(jìn)行殺菌消毒，故B正確；
C、苯酚是通過滲透到細(xì)菌體內(nèi)，使細(xì)菌蛋白質(zhì)凝固（變性），從而殺死細(xì)菌，故C錯(cuò)誤；
D、NaClO溶液中次氯酸鈉具有強(qiáng)氧化性，常常利用次氯酸鈉的強(qiáng)氧化性進(jìn)行殺菌消毒，故D正確；故選BD；
（2）由工藝流程轉(zhuǎn)化關(guān)系可知，MnO₂、KOH的熔融混合物中通入空氣時(shí)發(fā)生反應(yīng)生成K₂MnO₄，根據(jù)元素守恒還應(yīng)生成水．反應(yīng)中錳元素由+4價(jià)升高為+6價(jià)，總升高2價(jià)，氧元素由0價(jià)降低為-2價(jià)，總共降低4價(jià)，化合價(jià)升降最小公倍數(shù)為4，所以MnO₂系數(shù)2，O₂系數(shù)為1，根據(jù)錳元素守恒確定K₂MnO₄系數(shù)為2，根據(jù)鉀元素守恒確定KOH系數(shù)為4，根據(jù)氫元素守恒確定H₂O系數(shù)為2，所以反應(yīng)化學(xué)方程式為2MnO₂+4KOH+O₂

熔融  .

2K₂MnO₄+2H₂O，
故答案為：2MnO₂+4KOH+O₂

熔融  .

2K₂MnO₄+2H₂O；
（3）由工藝流程轉(zhuǎn)化關(guān)系可知，向K₂MnO₄溶液中通入CO₂制備KMnO₄、還生成K₂CO₃、MnO₂，反應(yīng)只有Mn元素的化合價(jià)發(fā)生變化，由+6價(jià)降低為+4價(jià)，降低2，由+6價(jià)升高為+7價(jià)，升高1，所以K₂MnO₄既是氧化劑又是還原劑，根據(jù)升高和降低總數(shù)相等，升高和降低錳元素之比為2：1，即氧化劑和還原劑物質(zhì)的量之比為2：1，故答案為：2：1；
（4）制備中利用的原料，在轉(zhuǎn)化過程中又生成的可以循環(huán)利用．由轉(zhuǎn)化關(guān)系圖知，除石灰、二氧化碳外，K₂MnO₄溶液中通入CO₂以制備KMnO₄生成的MnO₂及最后由母液加入石灰生成的KOH，會(huì)在MnO₂、KOH的熔融制備K₂MnO₄中被循環(huán)利用，故答案為：KOH；MnO₂；
（5）錳酸鉀和二氧化碳反應(yīng)的方程式為 3K₂MnO₄+2CO₂=2KMnO₄+MnO₂+2K₂CO₃，根據(jù)方程式知，1molK₂MnO₄和二氧化碳反應(yīng)生成

2

3

mol或0.67molKMnO₄，
故答案為：

2

3

或0.67mol；
（6）該操作是分離固體與溶液，是過濾操作，KMnO₄和K₂CO₃在溶解性上不同采用蒸發(fā)結(jié)晶的方式可分離，
故答案為：過濾；溶解性；蒸發(fā)結(jié)晶．

點(diǎn)評(píng)：本題考查常見氧化劑與還原劑、氧化還原反應(yīng)、化學(xué)計(jì)算和對(duì)工藝流程的理解、閱讀題目獲取信息的能力等，解答本題時(shí)要充分理解圖中提供的信息，只有理解了圖中信息才能對(duì)問題做出正確的判斷，題目難度中等．