高中化学制备实验方案的设计解答题

【化学ーー选修2:化学与技术】

高锰酸钾（ ${\mathrm{KMnO}}_4$ ）是一种常用氧化剂，主要用于化工、防腐及制药工业等。以软锰矿（主要成分为 ${\mathrm{MnO}}_2$ ）为原料生产高锰酸钾的工艺路线如下:

回答下列问题:

(1) 原料软锰矿与氢氧化钾按 $1\mathrm{ }:1$ 的比例在 "烘炒锅"中混配，混配前应将软锰矿粉碎, 其作用是        。                 

(2) "平炉"中发生的化学方程式为           .

（3）"平炉"中需要加压，其目的是         。

(4) 将 ${\mathrm{K}}_2{\mathrm{MnO}}_4$ 转化为 ${\mathrm{KMnO}}_4$ 的生产有两种工艺。

① $\mathrm{"}{\mathrm{CO}}_2$ 歧化法" 是传统工艺, 即在 ${\mathrm{K}}_2{\mathrm{MnO}}_4$ 溶液中通入 ${\mathrm{CO}}_2$ 气体, 使体系呈中性或弱碱性,

${\mathrm{K}}_2{\mathrm{MnO}}_4$ 发生歧化反应，反应中生成 ${\mathrm{K}}_2{\mathrm{MnO}}_4\mathrm{，}{\mathrm{MnO}}_2$ 和       (写化学式)。

② "电解法" 为现代工艺, 即电解 ${\mathrm{K}}_2{\mathrm{MnO}}_4$ 水溶液, 电解槽中阳极发生的电极反应为    , 阴极逸出的气体是_        。

③ "电解法" 和 $\mathrm{"}{\mathrm{CO}}_2$ 歧化法" 中, ${\mathrm{K}}_2{\mathrm{MnO}}_4$ 的理论利用率之比为 _                。   

（5）高锰酸钾纯度的测定：称取 $1.0800\mathrm{g}$ 样品, 溶解后定容于 $100\mathrm{mL}$ 容量瓶中, 摇匀。取浓度为 $0.2000\mathrm{mol}\cdot {\mathrm{L}}^{-1}$ 的 ${\mathrm{H}}_2{\mathrm{C}}_2{\mathrm{O}}_4$ 标准溶液 $20.00\mathrm{mL}$ , 加入稀硫酸酸化，用 ${\mathrm{KMnO}}_4$ 溶液平行滴定三次, 平均消耗的体积为 $24.48\mathrm{mL}$ , 该样品的纯度为          。            

(列出计算式即可, 已知 $2Mn{O}_4^{-}+5H_2{C}_2{O}_4+6H^{+}=2M{n}^{2+}+10C{O}_2\uparrow +8H_{2}O$ ) 。

某同学利用Cl₂氧化K₂MnO₄制备KMnO₄的装置如图所示（夹持装置略）：

已知：锰酸钾（K₂MnO₄）在浓强碱溶液中可稳定存在，碱性减弱时易发生反应：3MnO₄^2﹣+2H₂O═2MnO₄^﹣+MnO₂↓+4OH^﹣

回答下列问题：

（1）装置A中a的作用是　　；装置C中的试剂为　　；装置A中制备Cl₂的化学方程式为　　。

（2）上述装置存在一处缺陷，会导致KMnO₄产率降低，改进的方法是　　。

（3）KMnO₄常作氧化还原滴定的氧化剂，滴定时应将KMnO₄溶液加入　酸式　（填“酸式”或“碱式”）滴定管中；在规格为50.00 mL的滴定管中，若KMnO₄溶液起始读数为15.00 mL，此时滴定管中KMnO₄溶液的实际体积为　　（填标号）。

A．15.00 mL B．35.00 mL C．大于35.00 mL D．小于15.00 mL

（4）某FeC₂O₄•2H₂O样品中可能含有的杂质为Fe₂（C₂O₄）₃、H₂C₂O₄•2H₂O，采用KMnO₄滴定法测定该样品的组成，实验步骤如下：

Ⅰ．称取mg样品于锥形瓶中，加入稀H₂SO₄溶解，水浴加热至75℃．用c mol•L^﹣1的KMnO₄溶液趁热滴定至溶液出现粉红色且30s内不褪色，消耗KMnO₄溶液V₁mL。

Ⅱ．向上述溶液中加入适量还原剂将Fe³⁺完全还原为Fe²⁺，加入稀H₂SO₄酸化后，在75℃继续用KMnO₄溶液滴定至溶液出现粉红色且30s内不褪色，又消耗KMnO₄溶液V₂ mL。

样品中所含H₂C₂O₄•2H₂O（M＝126g•mol^﹣1）的质量分数表达式为　　。

下列关于样品组成分析的说法，正确的是　　（填标号）。

A． $\frac{V_1}{V_2}=$3时，样品中一定不含杂质

B． $\frac{V_1}{V_2}$越大，样品中H₂C₂O₄•2H₂O含量一定越高

C．若步骤Ⅰ中滴入KMnO₄溶液不足，则测得样品中Fe元素含量偏低

D．若所用KMnO₄溶液实际浓度偏低，则测得样品中Fe元素含量偏高

次氯酸钠溶液和二氯异氰尿酸钠（C₃N₃O₃Cl₂Na）都是常用的杀菌消毒剂。NaClO可用于制备二氯异氰尿酸钠。

（1）NaClO溶液可由低温下将Cl₂缓慢通入NaOH溶液中而制得。制备NaClO的离子方程式为　　；用于环境杀菌消毒的NaClO溶液须稀释并及时使用，若在空气中暴露时间过长且见光，将会导致消毒作用减弱，其原因是　　。

（2）二氯异氰尿酸钠优质品要求有效氯大于60%．通过下列实验检测二氯异氰尿酸钠样品是否达到优质品标准。实验检测原理为

C₃N₃O₃Cl₂^﹣+H⁺+2H₂O═C₃H₃N₃O₃+2HClO

HClO+2I^﹣+H⁺═I₂+Cl^﹣+H₂O   I₂+2S₂O₃^2﹣═S₄O₆^2﹣+2I^﹣

准确称取1.1200g样品，用容量瓶配成250.0mL溶液：取25.00mL上述溶液于碘量瓶中，加入适量稀硫酸和过量KI溶液，密封在暗处静置5min；用0.1000mol•L^﹣1Na₂S₂O₃标准溶液滴定至溶液呈微黄色，加入淀粉指示剂，继续滴定至终点，消耗Na₂S₂O₃溶液20.00mL。

①通过计算判断该样品是否为优质品。

（写出计算过程，该样品的有效氯 $=\frac{\mathit{测定中转化为HClO的氯元素质量}\times 2}{\mathit{样品质量}}\times$100% ）

②若在检测中加入稀硫酸的量过少，将导致样品的有效氯测定值　　（ 填“偏高”或“偏低”）。