Question

【題目】錳的化合物在工業、醫療等領域有重要應用。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：

反應原理

步驟一：3MnO2+6KOH+KClO33K2MnO4+KCl+3H2O

步驟二：3K2MnO4+2CO2 =2KMnO4+MnO2+2K2CO3

實驗操作

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C中溶液完全變為紫紅色時，關閉活塞停止反應，分離、提純獲取KMnO4晶體。

裝置圖如下：

(1)檢查裝置A氣密性：關閉分液漏斗活塞，在B中加入蒸餾水至液面超過長導管口，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)反應結束后，未能及時分離KMnO4晶體，發現C中紫紅色溶液變淺。該小組同學認為是堿性K2MnO4溶液中的Cl-將生成的MnO4- 還原，導致顏色變淺，指出含有Cl-的判斷依據_____________。

II．該小組繼續探究Mn2+能否氧化為MnO4-，進行了下列實驗：

裝置圖	試劑X	實驗現象
	① 0.5mL 0.1mol/LNaOH溶液	生成淺棕色沉淀，一段時間后變為棕黑色
	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	無明顯現象
	④ 0.5mL 0.1 mol/LHNO3溶液和少量PbO2	滴加HNO3無明顯現象，加入PbO2立即變為紫紅色，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在酸性環境下緩慢分解產生MnO2。

(4)實驗①中生成棕黑色沉淀可能的原因_____。

(5)實驗②中迅速生成棕黑色沉淀的離子方程式_____。

(6)對比實驗③和④，實驗③的作用_____。

(7)甲同學猜測實驗④中紫紅色消失的原因：酸性條件下KMnO4不穩定，分解產生了MnO2，乙認為不成立，理由是________；乙認為是溶液中的Mn2+將MnO4- 還原，并設計了實驗方案證明此推測成立，其方案為_________。

探究結果：酸性條件下下，某些強氧化劑可以將Mn2+氧化為MnO4-。

Answer 1

【答案】導管口有氣泡產生，移開熱毛巾后，有一段液柱回升 飽和NaHCO3溶液不與CO2反應且除去HCl，同時生成CO2 反應產物中含Cl-，且操作中未除去Cl- 空氣中的氧氣在堿性環境中將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生MnO2，而實驗④中紫紅色很快消失并產生棕黑色沉淀 取5mL0.1mol/LMnSO4溶液于試管中，加入0.5mL 0.1mol/L稀HNO3，無明顯現象，再滴加幾滴KMnO4溶液，立即生成棕黑色沉淀

【解析】

(1)根據氣體物質熱脹冷縮分析判斷；

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

(3)根據KMnO4的制備原理及實驗操作分析Cl-的來源；

(4)根據實驗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)對比實驗③和④，可確定實驗③的作用是對照試驗；

(7)利用題干信息，結合實驗現象分析判斷；并結合最后的實驗結論設計實驗。

(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，關閉分液漏斗活塞，在B中加入蒸餾水至液面超過長導管口，用熱毛巾捂住圓底燒瓶，若裝置B、C的導管口有氣泡產生，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反應產生CO2氣體，由于鹽酸有揮發性，實驗制取得到的CO2氣體中含有HCl雜質，可以利用飽和NaHCO3溶液不能溶解CO2氣體，而HCl與NaHCO3能夠反應產生CO2氣體；

(3)反應結束后，未能及時分離KMnO4晶體，發現C中紫紅色溶液變淺。該小組同學認為是堿性K2MnO4溶液中的Cl-將生成的MnO4- 還原，導致顏色變淺，證明該溶液中含有Cl-的判斷依據是用KClO3制備KMnO4的反應物中含有Cl-，且在反應后沒有進行洗滌處理；

(4)①向MnSO4溶液中加入0.5mL 0.1mol/LNaOH溶液，生成淺棕色沉淀，一段時間后變為棕黑色；而當再向其中加入15%H2O2 與0.5mL 0.1mol/LNaOH混合液時，立即生成棕黑色沉淀，說明在堿性環境中有氧化劑時可以產生難溶性的MnO2，實驗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，在堿性環境中將Mn2+氧化為MnO2；

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

(6)對比實驗③和④，可確定實驗③的作用是對照試驗；

(7)根據已知信息ii.可知：KMnO4在酸性環境下緩慢分解產生MnO2，使KMnO4的濃度逐漸降低，所以甲同學猜測實驗④中紫紅色消失；乙認為是溶液中的Mn2+將MnO4- 還原，并設計了實驗方案證明此推測成立，根據實驗③，向含有Mn2+的溶液中加入硝酸無明顯現象，但向該溶液中再加入少量PbO2后迅速產生棕黑色沉淀，說明在酸性條件下，某些強氧化劑可以將Mn2+氧化為MnO2，因此可以設計實驗：取5mL0.1mol/LMnSO4溶液于試管中，加入0.5mL 0.1mol/L稀HNO3，無明顯現象，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。