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①步操作中，生成CO₂的化学方程式为____________。

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

（3）第③步操作中，最终得到的固体除NaClO₃外，还一定含有下列物质中的_________（填序号）。

a. NaCl   b. NaClO    c. NaClO₄    d. NaOH

（4）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有：_____________，判断是否洗涤干净可选用的试剂是____________（填化学式）。

（5）NaClO₃和MnO₂在一定条件下都可以氧化浓盐酸制取氯气，制取等量的氯气消耗NaClO₃与MnO₂的物质的量之比为__________。

（6）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的制备和性质：

（7）实验室由二氧化锰制备高锰酸钾可分二步进行：

第一步：MnO₂与KOH共熔并通入氧气：2MnO₂+4KOH+O₂=2K₂MnO₄+2H₂O

第二步：通入CO₂，可使K₂MnO₄发生歧化反应生成KMnO₄和MnO₂。

第二步完成反应时，转化为KMnO₄的K₂MnO₄占其全部的百分率约为______＿（精确到0.1%）

（8）该小组同学为了探究KMnO₄溶液和Na₂C₂O₄溶液的反应过程，将酸性KMnO₄溶液逐滴滴入一定体积的Na₂C₂O₄溶液中（温度相同，并不断振荡），记录的现象如下：

请将MnO₄^-氧化C₂O₄^2- 的离子方程式补充完整：

______MnO₄^-+C₂O₄^2-+_______=______Mn²⁺+_____CO2↑+_______

请分析KMnO₄溶液褪色时间变化的可能原因_____________________。

Answer

（1）MnCO3+H2SO4=MnSO4+H2O+CO2↑；

（2）2ClO-+5Mn2++5H2O=Cl2↑+5MnO2+H2O+8H+；（3）ad

（4）烧杯、漏斗、玻璃棒（1分）；BaCl2溶液（1分）；

（5）1:3；（6）Mn2+-2e-+2H2O=MnO2+4H+；（7）66.7%；

（8）①2MnO4-+5C2O42-+16H+=2Mn2++10CO2↑+8H2O；

②反应生成的Mn2+对反应有催化作用，且c(Mn2+)浓度越大催化效果越好

【解析】

试题分析：（1）样品中的碳酸锰与稀硫酸反应生成CO2的化学方程式为MnCO3+H2SO4=MnSO4+H2O+CO2↑；

（2）第②步操作中，NaClO3氧化MnSO4生成二氧化锰和氯气，根据电子得失守恒和原子守恒可知该反应的离子方程式为2ClO-+5Mn2++5H2O=Cl2↑+5MnO2+H2O+8H+；

（3）第③步操作中氯气与氢氧化钠反应生成氯酸钠、氯化钠和水，又因为氢氧化钠过量，则最终得到的固体除NaClO3外，还一定含有氯化钠和氢氧化钠，答案选ad；

（4）洗涤沉淀所用的玻璃仪器有烧杯、漏斗、玻璃棒；滤液中含有硫酸根，因此通过检验硫酸根离子判断沉淀是否洗涤干净，所以判断是否洗涤干净可选用的试剂是BaCl2溶液；

（5）NaClO3的还原产物是氯离子，反应中转移6个电子；MnO2的还原产物是锰离子，转移2个电子，因此根据电子得失守恒可知制取等量的氯气消耗NaClO3与MnO2的物质的量之比为2：6＝1：3；

（6）电解池中阳极失去电子，发生氧化反应，则该电解池中阳极是锰离子放电，因此阳极反应式为Mn2+-2e-+2H2O=MnO2+4H+；

（7）Mn元素化合价从＋6价部分升高到＋7价，部分降低到＋4价，因此根据电子得失守恒可知生成的KMnO4和MnO2的物质的量之比为2：1，所以第二步完成反应时，转化为KMnO4的K2MnO4占其全部的百分率约为

（8）①反应中Mn元素化合价从＋7价降低到＋2价，得到5个电子。碳元素的化合价从＋3价升高到＋4价，因此根据电子得失守恒和原子守恒可知反应的离子方程式为2MnO4-+5C2O42-+16H+＝2Mn2++10CO2↑+8H2O；

②滴入的高锰酸钾越多，褪色时间越少，即反应速率越快，这说明还原产物Mn2+对反应有催化作用，且c(Mn2+)浓度越大催化效果越好。

【考点定位】可知物质制备以及性质实验方案设计与探究

【名师点晴】该题的难点是氧化还原反应方程式配平和计算，正确标注元素化合价，分析元素反应前后化合价的变化，是解决氧化还原反应相关问题的关键，氧化还原反应中的基本概念、配平、计算等考查都是围绕电子转移展开的，必须从元素化合价升降上分析氧化还原反应，对氧化还原反应概念原理综合运用的考查, 要从氧化还原反应的实质及电子转移入手, 正确理解有关概念, 并理清知识线和对应规律，需要牢固掌握氧化还原反应知识中的重要概念和重要规律, 真正做到举一反三，灵活运用，根据题中信息分析，要善于利用氧化还原反应中的守恒规律、价态变化规律、强弱规律、难易规律去分析特征元素的化合价变化，得出合理答案。守恒法解题的思维流程为：（1）找出氧化剂、还原剂及相应的还原产物和氧化产物。（2）找准一个原子或离子得失电子数。(注意化学式中粒子的个数)。（3）根据题中物质的物质的量和得失电子守恒列出等式。即n(氧化剂)×变价原子个数×化合价变化值(高价－低价)＝n(还原剂)×变价原子个数×化合价变化值(高价－低价)。