Question

【題目】錳的化合物在工業(yè)、醫(yī)療等領(lǐng)域有重要應(yīng)用。某興趣小組模擬制備KMnO4及探究錳(II)鹽能否被氧化為高錳(VII)酸鹽。

I．KMnO4的制備：

反應(yīng)原理

步驟一：3MnO2+6KOH+KClO33K2MnO4+KCl+3H2O

步驟二：3K2MnO4+2CO2 =2KMnO4+MnO2+2K2CO3

實(shí)驗(yàn)操作

步驟一：將一定比例的MnO2、KOH和KClO3 固體混合加熱，得到墨綠色的固體，冷卻后加水溶解得到堿性K2MnO4溶液放入燒杯C中。

步驟二：連接裝置，檢查氣密性后裝藥品。打開分液漏斗活塞，當(dāng)C中溶液完全變?yōu)樽霞t色時(shí)，關(guān)閉活塞停止反應(yīng)，分離、提純獲取KMnO4晶體。

裝置圖如下：

(1)檢查裝置A氣密性：關(guān)閉分液漏斗活塞，在B中加入蒸餾水至液面超過長導(dǎo)管口，用熱毛巾捂住圓底燒瓶，若__________，則說明裝置氣密性良好。

(2)B中試劑選擇的理由________。

(3)反應(yīng)結(jié)束后，未能及時(shí)分離KMnO4晶體，發(fā)現(xiàn)C中紫紅色溶液變淺。該小組同學(xué)認(rèn)為是堿性K2MnO4溶液中的Cl-將生成的MnO4- 還原，導(dǎo)致顏色變淺，指出含有Cl-的判斷依據(jù)_____________。

II．該小組繼續(xù)探究Mn2+能否氧化為MnO4-，進(jìn)行了下列實(shí)驗(yàn)：

裝置圖	試劑X	實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象
	① 0.5mL 0.1mol/LNaOH溶液	生成淺棕色沉淀，一段時(shí)間后變?yōu)樽睾谏?/span>
	②0.5mL 0.1mol/LNaOH 和15%H2O2 混合液	立即生成棕黑色沉淀
	③ 0.5mL 0.1mol/LHNO3溶液	無明顯現(xiàn)象
	④ 0.5mL 0.1 mol/LHNO3溶液和少量PbO2	滴加HNO3無明顯現(xiàn)象，加入PbO2立即變?yōu)樽霞t色，稍后紫紅色消失，生成棕黑色沉淀

已知：i.MnO2為棕黑色固體，難溶于水；

iiKMnO4在酸性環(huán)境下緩慢分解產(chǎn)生MnO2。

(4)實(shí)驗(yàn)①中生成棕黑色沉淀可能的原因_____。

(5)實(shí)驗(yàn)②中迅速生成棕黑色沉淀的離子方程式_____。

(6)對(duì)比實(shí)驗(yàn)③和④，實(shí)驗(yàn)③的作用_____。

(7)甲同學(xué)猜測(cè)實(shí)驗(yàn)④中紫紅色消失的原因：酸性條件下KMnO4不穩(wěn)定，分解產(chǎn)生了MnO2，乙認(rèn)為不成立，理由是________；乙認(rèn)為是溶液中的Mn2+將MnO4- 還原，并設(shè)計(jì)了實(shí)驗(yàn)方案證明此推測(cè)成立，其方案為_________。

探究結(jié)果：酸性條件下下，某些強(qiáng)氧化劑可以將Mn2+氧化為MnO4-。

Answer 1

【答案】導(dǎo)管口有氣泡產(chǎn)生，移開熱毛巾后，有一段液柱回升 飽和NaHCO3溶液不與CO2反應(yīng)且除去HCl，同時(shí)生成CO2 反應(yīng)產(chǎn)物中含Cl-，且操作中未除去Cl- 空氣中的氧氣在堿性環(huán)境中將Mn2+氧化為MnO2(或2Mn2+ +O2+4OH-=2MnO2+2H2O) Mn2++H2O2+2OH-= MnO2+2H2O 排除HNO3將Mn2+氧化的可能 資料表明緩慢分解產(chǎn)生MnO2，而實(shí)驗(yàn)④中紫紅色很快消失并產(chǎn)生棕黑色沉淀 取5mL0.1mol/LMnSO4溶液于試管中，加入0.5mL 0.1mol/L稀HNO3，無明顯現(xiàn)象，再滴加幾滴KMnO4溶液，立即生成棕黑色沉淀

【解析】

(1)根據(jù)氣體物質(zhì)熱脹冷縮分析判斷；

(2)用HCl與CaCO3反應(yīng)制取CO2氣體中含有HCl，可以利用HCl與NaHCO3反應(yīng)制取CO2；

(3)根據(jù)KMnO4的制備原理及實(shí)驗(yàn)操作分析Cl-的來源；

(4)根據(jù)實(shí)驗(yàn)①②分析①中生成棕黑色沉淀可能的原因；

(5)H2O2在堿性條件下將Mn2+氧化為MnO2，H2O2被還原為H2O；

(6)對(duì)比實(shí)驗(yàn)③和④，可確定實(shí)驗(yàn)③的作用是對(duì)照試驗(yàn)；

(7)利用題干信息，結(jié)合實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象分析判斷；并結(jié)合最后的實(shí)驗(yàn)結(jié)論設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)。

(1)檢查裝置A氣密性的方法可以利用氣體的體積熱脹冷縮的性質(zhì)，關(guān)閉分液漏斗活塞，在B中加入蒸餾水至液面超過長導(dǎo)管口，用熱毛巾捂住圓底燒瓶，若裝置B、C的導(dǎo)管口有氣泡產(chǎn)生，移開熱毛巾后，有一段液柱回升，則說明裝置氣密性良好。

(2)CaCO3與HCl反應(yīng)產(chǎn)生CO2氣體，由于鹽酸有揮發(fā)性，實(shí)驗(yàn)制取得到的CO2氣體中含有HCl雜質(zhì)，可以利用飽和NaHCO3溶液不能溶解CO2氣體，而HCl與NaHCO3能夠反應(yīng)產(chǎn)生CO2氣體；

(3)反應(yīng)結(jié)束后，未能及時(shí)分離KMnO4晶體，發(fā)現(xiàn)C中紫紅色溶液變淺。該小組同學(xué)認(rèn)為是堿性K2MnO4溶液中的Cl-將生成的MnO4- 還原，導(dǎo)致顏色變淺，證明該溶液中含有Cl-的判斷依據(jù)是用KClO3制備KMnO4的反應(yīng)物中含有Cl-，且在反應(yīng)后沒有進(jìn)行洗滌處理；

(4)①向MnSO4溶液中加入0.5mL 0.1mol/LNaOH溶液，生成淺棕色沉淀，一段時(shí)間后變?yōu)樽睾谏�；而�?dāng)再向其中加入15%H2O2 與0.5mL 0.1mol/LNaOH混合液時(shí)，立即生成棕黑色沉淀，說明在堿性環(huán)境中有氧化劑時(shí)可以產(chǎn)生難溶性的MnO2，實(shí)驗(yàn)①中生成棕黑色沉淀可能的原因是空氣中的氧氣溶解在溶液中，在堿性環(huán)境中將Mn2+氧化為MnO2；

(5)實(shí)驗(yàn)②中迅速生成棕黑色MnO2沉淀，反應(yīng)的離子方程式為：Mn2++H2O2+2OH-= MnO2+2H2O；

(6)對(duì)比實(shí)驗(yàn)③和④，可確定實(shí)驗(yàn)③的作用是對(duì)照試驗(yàn)；

(7)根據(jù)已知信息ii.可知：KMnO4在酸性環(huán)境下緩慢分解產(chǎn)生MnO2，使KMnO4的濃度逐漸降低，所以甲同學(xué)猜測(cè)實(shí)驗(yàn)④中紫紅色消失；乙認(rèn)為是溶液中的Mn2+將MnO4- 還原，并設(shè)計(jì)了實(shí)驗(yàn)方案證明此推測(cè)成立，根據(jù)實(shí)驗(yàn)③，向含有Mn2+的溶液中加入硝酸無明顯現(xiàn)象，但向該溶液中再加入少量PbO2后迅速產(chǎn)生棕黑色沉淀，說明在酸性條件下，某些強(qiáng)氧化劑可以將Mn2+氧化為MnO2，因此可以設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)：取5mL0.1mol/LMnSO4溶液于試管中，加入0.5mL 0.1mol/L稀HNO3，無明顯現(xiàn)象，再滴加幾滴KMnO4溶液，立即生成棕黑色沉淀，證明MnO4-將Mn2+氧化為MnO2，MnO4-被還原為MnO2。