Question

7．從有關(guān)化工產(chǎn)品生產(chǎn)資料上查得：工業(yè)上用MnO₂和KOH為主要原料來制取KMnO₄，主要生產(chǎn)過程分兩部進(jìn)行：第一步，將MnO₂和KOH分別粉碎后混合均勻，在空氣中加熱至熔化，并不斷連接攪拌，以制取K2MnO₄；第二步，將K₂MnO₄的濃溶液用惰性電極進(jìn)行電解，在陽極可得到KMnO₄．
（1）寫出由MnO₂和KOH制取K₂MnO₄的化學(xué)方程式2MnO₂+4KOH+O₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2K₂MnO₄+2H₂O，在該反應(yīng)過程中必須連續(xù)攪拌的作用是與空氣充分接觸，使MnO₂氧化完全．
（2）電解K₂MnO₄濃溶液時，陰極的產(chǎn)物是H₂、KOH，兩極發(fā)生的電極反應(yīng)式分別是
陰極：2H₂O+2e^-=H₂↑+2OH^-；
陽極：MnO₄^2--e^-=MnO₄^-．
（3）實驗室可用草酸（H₂C₂O₄）測定高錳酸鉀的純度．已知酸性高錳酸鉀溶液和草酸反應(yīng)的離子方程式為：MnO$\overline{4}$+H₂C₂O₄+H⁺→CO₂↑+Mn²⁺+H₂O（未配平）．現(xiàn)準(zhǔn)確稱取2.000g高錳酸鉀樣品配成250mL酸性溶液，取25.00mL該溶液滴定25.00mL0.1000mol/L的草酸標(biāo)準(zhǔn)液，當(dāng)達(dá)到滴定終點時，共用去酸性高錳酸鉀溶液20.12mL．
①判斷滴定達(dá)到終點時的現(xiàn)象是向錐形瓶中滴入最后一滴高錳酸鉀標(biāo)準(zhǔn)液，錐形瓶中溶液變成淺紅色且半分鐘后不變色．
②該高錳酸鉀樣品的純度是98.20%（結(jié)果保留四位有效數(shù)字）．

Answer 1

分析 （1）第一步將MnO₂和固體KOH粉碎，混合均勻，在空氣中加熱至熔化，并連續(xù)攪拌以制取K₂MnO₄，利用的是氧化還原反應(yīng)，二氧化錳被氧化為高價態(tài)，空氣中的氧氣做氧化劑，依據(jù)電子守恒和原子守恒書寫化學(xué)方程式；連續(xù)攪拌，二氧化錳能夠與空氣充分接觸，使MnO₂氧化完全；
（2）根據(jù)在電解槽中用鉑板作用陽極，鐵作陰極電解K₂MnO₄溶液得到KMnO₄，陰極上水得電子發(fā)生還原反應(yīng)生成氫氣和氫氧根離子，陽極上錳酸根離子失電子反應(yīng)氧化反應(yīng)生成高錳酸根離子；
（3）①由于酸性高錳酸鉀溶液顯紫紅色，草酸反應(yīng)完畢，滴入最后一滴高錳酸鉀標(biāo)準(zhǔn)液，錐形瓶中溶液變成淺紅，反應(yīng)到達(dá)終點；
②根據(jù)n=cV計算反應(yīng)中草酸的物質(zhì)的量，根據(jù)方程式5H₂C₂O₄+2MnO₄^-+6H⁺=2Mn²⁺+10CO₂↑+8H₂O計算20.12mL中高錳酸鉀的物質(zhì)的量，再計算原樣品中高錳酸鉀的物質(zhì)的量，進(jìn)而計算高錳酸鉀晶體的純度．

解答 解：（1）利用KOH和MnO₂為原料制取KMnO₄，第一步將MnO₂和固體KOH粉碎，混合均勻，在空氣中加熱至熔化，并連續(xù)攪拌以制取K₂MnO₄，反應(yīng)的化學(xué)方程式為：2MnO₂+4KOH+O₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2K₂MnO₄+2H₂O，
將MnO₂和固體KOH粉碎，混合均勻，在空氣中加熱至熔化，并連續(xù)攪拌，二氧化錳能夠與空氣充分接觸，使MnO₂氧化完全，
故答案為：2MnO₂+4KOH+O₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2K₂MnO₄+2H₂O；與空氣充分接觸，使MnO₂氧化完全；
（2）電解錳酸鉀溶液時，陰極上水得電子生成氫氣和氫氧根離子，電極反應(yīng)為2H₂O+2e^-=H₂↑+2OH^-，陽極上錳酸根離子失電子生成高錳酸根離子，電極反應(yīng)式為2MnO₄^2--2e^-=2MnO₄^-，總方程式為：2MnO₄^2-+2H₂O=2MnO₄^-+H₂↑+2OH^-，
故答案為：H₂、KOH；2H₂O+2e^-=H₂↑+2OH^-；MnO₄^2--e^-=MnO₄^-；
（3）①由于酸性高錳酸鉀溶液顯紫紅色，所以滴定終點的判斷依據(jù)是向錐形瓶中滴入最后一滴高錳酸鉀標(biāo)準(zhǔn)液，錐形瓶中溶液變成淺紅色且半分鐘后不變色；
故答案為：向錐形瓶中滴入最后一滴高錳酸鉀標(biāo)準(zhǔn)液，錐形瓶中溶液變成淺紅色且半分鐘后不變色；
②反應(yīng)中草酸的物質(zhì)的量是0.025L×0.1000mol/L=0.0025mol，
根據(jù)方程式：5H₂C₂O₄+2MnO₄^-+6H⁺=2Mn²⁺+10CO₂↑+8H₂O，可
             5       2
           0.0025mol  0.001mol       
所以20.12mL高錳酸鉀的物質(zhì)的量為0.001mol，因此原樣品中高錳酸鉀的物質(zhì)的量是0.001mol×$\frac{250}{20.12}$，則高錳酸鉀的純度是$\frac{0.001×\frac{250}{20.12}×158}{2.000}$×100%=98.20%，
故答案為：98.20%．

點評 本題以電解原理為載體考查了電極反應(yīng)式的書寫、氧化劑還原劑判斷以及滴定實驗的相關(guān)計算等，難度不大，會根據(jù)題中已知條件以及電解原理確定生成物并寫出反應(yīng)方程式是解本題的關(guān)鍵．