Question

近年來高錳酸鉀在飲用水和工業污水處理領域的消費增長較快．實驗室可用軟錳礦（主要成分MnO₂）為原料制備高錳酸鉀．其部分流程如下：

（1）實驗中采用鐵坩堝而不用瓷坩堝的原因是______．
（2）KOH、KClO₃、MnO₂共熔制得綠色K₂MnO₄的化學方程式為______．此時還有可能發生的反應為______（用化學方程式表示）
（3）通入CO₂可使MnO₄^2-發生歧化反應，生成MnO₄^-和MnO₂，則K₂MnO₄完全反應時轉化為KMnO₄的百分率約______（精確至0.1%）
（4）若通入CO₂太多，則在加熱濃縮時，會有______晶體和KMnO₄晶體一起析出；混合液趁熱過濾的目的是______．
（5）在加熱、濃縮、烘干的過程中溫度不宜過高，其原因是______．

Answer 1

（1）瓷坩堝原料含有SiO₂，在高溫下，瓷坩堝可以和KOH發生反應SiO₂+2KOH═K₂SiO₃+H₂O，腐蝕瓷坩堝，故不能使用瓷坩堝，而使用鐵坩堝，
故答案為：在高溫下，瓷坩堝可以和KOH發生反應SiO₂+2KOH═K₂SiO₃+H₂O，腐蝕瓷坩堝；
（2）由題意可知，KOH、KClO₃、MnO₂共熔制得綠色K₂MnO₄，根據氧化還原反應可知，還生成KCl，由元素守恒可知，還會生成H₂O，反應方程式為KClO₃+3MnO₂+6KOH KCl+3K₂MnO₄+3H₂O；MnO₂作催化劑，高溫下KClO₃可能發生分解反應生成氯化鉀與氧氣，反應方程式為2KClO₃2KCl+3O₂↑，
故答案為：KClO₃+3MnO₂+6KOH KCl+3K₂MnO₄+3H₂O；2KClO₃2KCl+3O₂↑；
（3）反應中MnO₄^2-→MnO₄^-，Mn元素化合價由+6價升高為+7，化合價總共升高1價，MnO₄^2-→MnO₂，Mn元素化合價由+6價降低為+4，化合價總共降低2價，化合價升高最小公倍數為2，故MnO₄^-系數為2，MnO₂系數為1，根據錳元素守恒MnO₄^2-系數為3，所以轉化KMnO₄的MnO₄^2-占，故K₂MnO₄完全反應時轉化為KMnO₄的百分率約×100%=66.7%，
故答案為：66.7%；
（4）工藝流程可知，CO₂使MnO₄^2-發生歧化反應，生成MnO₄^-和MnO₂，根據元素守恒可知，會生成K₂CO₃，若通入CO₂太多，會生KHCO₃，濾液中含有KHCO₃、KMnO₄，在加熱濃縮時，會有KHCO₃晶體和KMnO₄晶體一起析出；溫度降低，物質的溶解度降低，混合液趁熱過濾，減少產品的損失，提高產率，
故答案為：KHCO₃；減少產品的損失，提高產率；
（5）KMnO₄在溫度過高的條件下會發生分解反應，故在加熱、濃縮、烘干的過程中溫度不宜過高，故答案為：溫度過高會導致KMnO₄分解．
分析：（1）瓷坩堝原料含有SiO₂，高溫下與KOH發生反應；
（2）由題意可知，KOH、KClO₃、MnO₂共熔制得綠色K₂MnO₄，根據氧化還原反應可知，還生成KCl，由元素守恒可知，還會生成H₂O；
MnO₂存在，高溫下KClO₃可能發生分解反應生成氯化鉀與氧氣；
（3）反應中MnO₄^2-→MnO₄^-，Mn元素化合價由+6價升高為+7，化合價總共升高1價，MnO₄^2-→MnO₂，Mn元素化合價由+6價降低為+4，化合價總共降低2價，化合價升高最小公倍數為2，故MnO₄^-系數為2，MnO₂系數為1，根據錳元素守恒可知，轉化KMnO₄的MnO₄^2-占；
（4）工藝流程可知，CO₂使MnO₄^2-發生歧化反應，生成MnO₄^-和MnO₂，根據元素守恒可知，會生成K₂CO₃，若通入CO₂太多，會生KHCO₃，濾液中含有KHCO₃、KMnO₄；
溫度降低，物質的溶解度降低，溫度過低析出晶體多；
（5）KMnO₄在加熱的條件下會發生分解反應．
點評：本題考查學生對工藝流程的理解、閱讀獲取信息能力、物質推斷、氧化還原反應、工藝條件的控制等，難度中等，是對所學知識的綜合運用與能力的考查，需要學生具備扎實的基礎知識與綜合運用知識、信息進行解決問題的能力．