Question

高锰酸钾是常用的消毒剂、除臭剂、水质净化剂以及强氧化剂。下图是在实验室中制备KMnO₄晶体的流程：

回答下列问题：

（1）操作②的目的是获得K₂MnO₄，同时还产生了KCl和H₂O，试写出该步反应的化学方程式：____，操作①和②均需在坩埚中进行，根据实验实际应选择____(填序号)。

a．瓷坩埚     b．氧化铝坩埚     c．铁坩埚  d．石英坩埚

（2）操作④是使K₂MnO₄转化为KMnO₄和MnO₂，该转化过程中发生反应的离子方程式为_________。

若溶液碱性过强，则MnO₄^—又会转化为MnO₄^2—，该转化过程中发生反应的离子方程式为________，因此需要通入某种气体调pH＝10～11，在实际操作中一般选择CO₂而不是HCl，原因是______________。

（3）操作⑤过滤时，选择图2所示装置而不用图1所示装置的原因是________。

图1 图2

（4）还可采用电解K₂MnO₄溶液(绿色)的方法制造KMnO₄(电解装置如图所示)，电解过程中右侧石墨电极的电极反应式为_____，溶液逐渐由绿色变为紫色。但若电解时间过长，溶液颜色又会转变成绿色，可能的原因是_____。

Answer

KClO3＋3MnO2＋6KOH3K2MnO4＋KCl＋3H2O↑ c 3MnO42－＋2H2O===2MnO4－＋MnO2↓＋4OH－ 4MnO4－＋4OH－===4MnO42－＋O2↑＋2H2O Cl－具有还原性，可将K2MnO4和KMnO4还原 过滤速度快、效果好 MnO42－-e－===MnO4－ 电解较长时间后，阳极产生的MnO4-在阴极被还原，溶液颜色由紫色转变为绿色(或阴极上氢离子放电生成氢气，同时产生大量的氢氧根离子，溶液碱性增强，MnO4－转化为MnO42－，溶液颜色由紫色转变为绿色)

【解析】

在碱性条件下氯酸钾与二氧化锰加热熔融发生氧化还原反应，二氧化锰被氧化成锰酸钾，溶于水得墨绿色K2MnO4溶液，K2MnO4溶液中加入氢氧化钾溶液再调节pH值为10～11，使MnO42-发生歧化反应，生成MnO4-和MnO2，趁热过滤除去二氧化锰，得高锰酸钾溶液，冷却结晶得高锰酸钾晶体。

(1)在碱性条件下氯酸钾与二氧化锰加热熔融发生氧化还原反应，生成K2MnO4，同时还产生了KCl和H2O，反应的化学方程式为KClO3+3MnO2+6KOH 3K2MnO4+KCl+3H2O↑；瓷坩埚和石英坩埚中均含有SiO2，在加热条件下SiO2能与KOH反应，Al2O3在加热熔融时也可与KOH反应，故只能选用铁坩埚；
(2)操作④是使MnO42-发生歧化反应，生成MnO4-和MnO2，反应的离子方程式为3MnO42－＋2H2O===2MnO4－＋MnO2↓＋4OH－；若溶液碱性过强，则MnO4-又会转化为MnO42-和氧气，反应的离子方程式为 4MnO4－＋4OH－===4MnO42－＋O2↑＋2H2O；在调节pH值时，若使用盐酸，Cl－具有还原性，可将K2MnO4和KMnO4还原，所以如果用盐酸会被高锰酸钾氧化成氯气，故不能用盐酸调节pH值；
(3)抽滤与过滤相比，抽滤速度快、效果好，所以用抽滤不用过滤；
(4)电解K2MnO4溶液(绿色)的方法制造KMnO4，电解过程中右侧石墨电极为阳极，是K2MnO4发生氧化反应生成KMnO4，电极反应式为MnO42--e-=MnO4-，电解较长时间后，阳极产生的MnO4-在阴极被还原，紫色又转变为绿色(或阴极上氢离子放电生成氢气，同时产生大量的氢氧根离子，溶液碱性增强，紫色又转变为绿色)，