Question

KMnO₄和MnO₂都是重要化学物质，在实验室可以做氧化剂和催化剂，某学习小组对两种物质的制备和性质探究如下：

I．MnO₂的制备：

该学习小组设计了将粗MnO₂(含有较多的MnO、MnCO₃和Fe₂O₃)样品转化为纯MnO₂实验，其工艺流程如下：

请回答下列问题：

(1)第②步操作中，NaClO₃氧化MnSO₄的离子方程式为_____________________。

(2)为得到纯净的MnO₂，须将过滤后的MnO₂合并后进行洗涤。洗涤沉淀所用的玻璃仪器除玻璃棒外，还需要有：_________________，判断是否洗涤干净可选用的试剂是_____________(填化学式)。

(3)工业上可以以石墨为电极电解酸化的硫酸锰制取二氧化锰，该过程的阳极反应式为____________。

II．KMnO₄的性质与应用：该小组同学利用KMnO₄溶液测定某物质的组成：

CuSO₄溶液与K₂C₂O₄溶液混合反应，产物之一是某种只含一种阴离子的蓝色钾盐水合物。通过下述实验确定该晶体的组成。

步骤a：称取0.6720 g样品，放入锥形瓶，加入适量2 mol·L^－1稀硫酸，微热使样品溶解。再加入30 ml水加热，用0.2000 mol·L^－1KMnO₄溶液滴定至终点，消耗8.00 mlKMnO₄溶液。

步骤b：接着将溶液充分加热，使淡紫红色消失，溶液最终呈现蓝色。冷却后，调节pH并加入过量的KI固体，溶液变为棕色并产生白色沉淀CuI。用0.2500 mol·L^－1Na₂S₂O₃标准溶液滴定至终点，消耗8.00 ml Na₂S₂O₃溶液。已知涉及的部分反应的离子方程式为：I₂+2S₂O₃^2-=2I+S₄O₆^2-

(4)已知室温下CuI的K_sp=1.27×10^－12，欲使溶液中c(Cu )≤1.0×10^－6mol·L^－1，应保持溶液中c(I^－)≥  mol·L^－1。

(5)MnO₄^－在酸性条件下，加热能分解为O₂，同时生成Mn^2＋。写出该反应的离子方程式为__________________________。若无此加热操作，则测定的Cu^2＋的含量将会         (填“偏高”、“偏低”或“不变”)。

(6)若用淀粉溶液做指示剂，则滴定终点观察到的现象为__________________。

(7)样品晶体的组成化学式为：_____________________。

Answer

(1)2ClO-+5Mn2++5H2O=Cl2↑+5MnO2+H2O+8H+；

(2)烧杯、漏斗；BaCl2溶液；

(3)Mn2+-2e-+2H2O=MnO2+4H+；

(4)1.27×10-6

(5)4MnO4-+12H+4Mn2++5O2↑+6H2O；偏高；

(6)溶液由蓝色变为无色，且半分钟内不变色

(7)化学式为:K2Cu(C2O4)2·H2O；

【解析】试题分析：粗MnO2(含有较多的MnO、MnCO3和Fe2O3)样品中加入过量的稀硫酸，由于MnO2不溶于硫酸，则样品中的MnO和MnCO3分别和硫酸反应生成可溶性的MnSO4，过滤得滤液为硫酸锰溶液，加入NaClO3发生反应为：5Mn2++2ClO3-+4H2O=5MnO2+Cl2↑+8H+，再过滤得到滤液和二氧化锰固体，而氯气与热的氢氧化钠反应生成氯酸钠方程式为：3Cl2+6NaOH=NaClO3+NaCl+3H2O。

(1)根据上述分析，第②步操作中，NaClO3氧化MnSO4的离子方程式为2ClO-+5Mn2++5H2O=Cl2↑+5MnO2+H2O+8H+，故答案为：2ClO-+5Mn2++5H2O=Cl2↑+5MnO2+H2O+8H+；

(2)洗涤沉淀所用的玻璃仪器除玻璃棒外，还需要烧杯、漏斗，若沉淀没有洗涤干净，则滤液中含有硫酸根离子，检验硫酸根离子选用氯化钡溶液，故答案为：烧杯、漏斗； BaCl2溶液；

(3)电解时，Mn2+在阳极失电子生成MnO2，其电极方程式为；Mn2+-2e-+2H2O=MnO2+4H+；

故答案为：Mn2+-2e-+2H2O=MnO2+4H+．

(4)CuI的Ksp=1.27×10-12=c(Cu+)•c(I-)，c(I-)==，由于溶液中c(Cu+)≤1.0×10-6mol•L-1，c(I-)≥1.27×10-6，故答案为：1.27×10-6；

(5)锰元素化合价+7→+2，降低了5价，生成氧气，氧元素化合价-2→0，升高了2×2=4，所以锰离子前配4，氧气前配5，再利用观察法配平其它物质，反应的离子方程式是：4MnO4-+12H+4Mn2++5O2↑+6H2O；若不加热除去高锰酸根离子，高锰酸根离子能够氧化碘离子，使得碘单质的物质的量增加，测定铜离子含量偏高，故答案为：4MnO4-+12H+4Mn2++5O2↑+6H2O；偏高；

(6)根据反应I2+2S2O32-=2I-+S4O62-，当反应结束时，溶液的蓝色消失变成无色溶液，所以滴定终点是：溶液由蓝色变为无色，且半分钟内不变色，故答案为：溶液由蓝色变为无色，且半分钟内不变色；

(7)根据反应2MnO4-+5C2O42-+16H+=2Mn2++8H2O+10CO2↑、2Cu2++4I-=2CuI↓+I2I2+2S2O32-=2I-+S4O62-

可得关系式：2MnO4-～5C2O42-

2 5

0.2×8×10-3mol n(C2O42-)

2S2O32-～I2～2Cu2+

2 2

0.25×8×10-3mol n(Cu2+)

所以n(C2O42-)=4×10-3mol，n(Cu2+)=2×10-3mol，

根据电荷守恒原理：n(K+)=2n(C2O42-)-2n(Cu2+)=4×10-3mol，

根据质量守恒原理：m(H2O)=0.6720-39×4×10-3-64×2×10-3-88×4×10-3=0.036g，

n(H2O)=2×10-3，n (K+)：n(Cu2+)：n(C2O42-)：n (H2O)=2：1：2：1，

所以样品晶体组成是：K2Cu(C2O4)2•H2O，答：该样品晶体的化学式为：K2Cu(C2O4)2•H2O。

考点：考查了探究物质的组成或测量物质的含量的相关知识。