【化学ーー选修2:化学与技术】高锰酸钾（KMnO4）是一种常-优题课

【化学ーー选修2:化学与技术】

高锰酸钾（ ${KMnO}_{4}$ ）是一种常用氧化剂，主要用于化工、防腐及制药工业等。以软锰矿（主要成分为 ${MnO}_{2}$ ）为原料生产高锰酸钾的工艺路线如下:

回答下列问题:

(1) 原料软锰矿与氢氧化钾按 $1 : 1$ 的比例在 "烘炒锅"中混配，混配前应将软锰矿粉碎, 其作用是。

(2) "平炉"中发生的化学方程式为 .

（3）"平炉"中需要加压，其目的是。

(4) 将 $K_{2} {MnO}_{4}$ 转化为 ${KMnO}_{4}$ 的生产有两种工艺。

① $" {CO}_{2}$ 歧化法" 是传统工艺, 即在 $K_{2} {MnO}_{4}$ 溶液中通入 ${CO}_{2}$ 气体, 使体系呈中性或弱碱性,

$K_{2} {MnO}_{4}$ 发生歧化反应，反应中生成 $K_{2} {MnO}_{4} ， {MnO}_{2}$ 和 (写化学式)。

② "电解法" 为现代工艺, 即电解 $K_{2} {MnO}_{4}$ 水溶液, 电解槽中阳极发生的电极反应为 , 阴极逸出的气体是_ 。

③ "电解法" 和 $" {CO}_{2}$ 歧化法" 中, $K_{2} {MnO}_{4}$ 的理论利用率之比为 _ 。

（5）高锰酸钾纯度的测定：称取 $1.0800 g$ 样品, 溶解后定容于 $100 mL$ 容量瓶中, 摇匀。取浓度为 $0.2000 mol \cdot L^{- 1}$ 的 $H_{2} C_{2} O_{4}$ 标准溶液 $20.00 mL$ , 加入稀硫酸酸化，用 ${KMnO}_{4}$ 溶液平行滴定三次, 平均消耗的体积为 $24.48 mL$ , 该样品的纯度为。

(列出计算式即可, 已知 $2 M n O_{4}^{-} + 5 H_{2} C_{2} O_{4} + 6 H^{+} = 2 M n^{2 +} + 10 C O_{2} ↑ + 8 H_{2} O$ ) 。

科目化学题型解答题难度中等

知识点：化学反应速率的概念反应速率的定量表示方法制备实验方案的设计化学平衡常数的含义化学平衡的影响因素电解原理的应用实验

$Ni 、 Co$ 均是重要的战略性金属。从处理后的矿石硝酸浸取液(含 ${Ni}^{2+} 、 {Co}^{2+} 、 {Al}^{3+} 、 {Mg}^{2+}$ )中，利用氨浸工艺可提取 $Ni 、 Co$ ，并获得高附加值化工产品。工艺流程如下：

已知：氨性溶液由 ${NH}_{3} \cdot H_{2} O$ 、 ${({NH}_{4})}_{2} {SO}_{3}$ 和 ${({NH}_{4})}_{2} {CO}_{3}$ 配制。常温下， ${Ni}^{2+} 、 {Co}^{2+} 、 {Co}^{3+}$ 与 ${NH}_{3}$ 形成可溶于水的配离子： ${lgK}_{b} ({NH}_{3} \cdot H_{2} O) =-4.7$ ； ${Co(OH)}_{2}$ 易被空气氧化为 ${Co(OH)}_{3}$ ；部分氢氧化物的 $K_{sp}$ 如下表。

氢氧化物	${Co(OH)}_{2}$	${Co(OH)}_{3}$	${Ni(OH)}_{2}$	${Al(OH)}_{3}$	${Mg(OH)}_{2}$
$K_{sp}$	$5.9 \times 10^{-15}$	$1.6 \times 10^{-44}$	$5.5 \times 10^{-16}$	$1.3 \times 10^{-33}$	$5.6 \times 10^{-12}$

回答下列问题：

（1）活性 $MgO$ 可与水反应，化学方程式为___________。

（2）常温下， $pH=9.9$ 的氨性溶液中， $c ({NH}_{3} \cdot H_{2} O)$ ___________ $c ({NH}_{4}^{+})$ (填“>”“<”或“=”)。

（3）“氨浸”时，由 ${Co(OH)}_{3}$ 转化为 ${[Co {({NH}_{3})}_{6}]}^{2+}$ 的离子方程式为___________。

（4） ${({NH}_{4})}_{2} {CO}_{3}$ 会使滤泥中的一种胶状物质转化为疏松分布的棒状颗粒物。滤渣的X射线衍射图谱中，出现了 ${NH}_{4} {Al(OH)}_{2} {CO}_{3}$ 的明锐衍射峰。

① ${NH}_{4} {Al(OH)}_{2} {CO}_{3}$ 属于___________(填“晶体”或“非晶体”)。

② ${({NH}_{4})}_{2} {CO}_{3}$ 提高了 $Ni 、 Co$ 的浸取速率，其原因是___________。

（5）①“析晶”过程中通入的酸性气体A为___________。

②由 ${CoCl}_{2}$ 可制备 ${Al}_{x} {CoO}_{y}$ 晶体，其立方晶胞如图。 $Al$ 与O最小间距大于 $Co$ 与O最小间距，x、y为整数，则 $Co$ 在晶胞中的位置为___________；晶体中一个 $Al$ 周围与其最近的O的个数为___________。

（6）①“结晶纯化”过程中，没有引入新物质。晶体A含6个结晶水，则所得 ${HNO}_{3}$ 溶液中 $n ({HNO}_{3})$ 与 $n (H_{2} O)$ 的比值，理论上最高为___________。

②“热解”对于从矿石提取 $Ni 、 Co$ 工艺的意义，在于可重复利用 ${HNO}_{3}$ 和___________(填化学式)。

化学反应常伴随热效应。某些反应(如中和反应)的热量变化，其数值Q可通过量热装置测量反应前后体系温度变化，用公式 ${Q=cρV}_{总} \cdot ΔT$ 计算获得。

（1）盐酸浓度的测定：移取 $20.00 mL$ 待测液，加入指示剂，用 $0.5000 mol \cdot L^{-1} NaOH$ 溶液滴定至终点，消耗 $NaOH$ 溶液 $22.00 mL$ 。

①上述滴定操作用到的仪器有___________。

②该盐酸浓度为___________ $mol \cdot L^{-1}$ 。

（2）热量的测定：取上述 $NaOH$ 溶液和盐酸各 $50 mL$ 进行反应，测得反应前后体系的温度值( $° C$ )分别为 $T_{0} 、 T_{1}$ ，则该过程放出的热量为___________ $J$ (c和 $ρ$ 分别取 $4.18 J \cdot g^{-1} \cdot ° C^{-1}$ 和 $1.0 g \cdot {mL}^{-1}$ ，忽略水以外各物质吸收的热量，下同)。

（3）借鉴(2)的方法，甲同学测量放热反应 ${Fe(s)+CuSO}_{4} {(aq)=FeSO}_{4} (aq)+Cu(s)$ 的焓变 $ΔH$ (忽略温度对焓变的影响，下同)。实验结果见下表。

序号	反应试剂		体系温度/ $° C$
序号	反应试剂		反应前	反应后
i	$0.20 mol \cdot L^{-1} {CuSO}_{4}$ 溶液 $100 mL$	$1.20 g Fe$ 粉	a	b
ii	$0.20 mol \cdot L^{-1} {CuSO}_{4}$ 溶液 $100 mL$	$0.56 g Fe$ 粉	a	c

①温度：b___________c(填“>”“<”或“=”)。

② $ΔH=$ ___________(选择表中一组数据计算)。结果表明，该方法可行。

（4）乙同学也借鉴(2)的方法，测量反应 ${A:Fe(s)+Fe}_{2} {({SO}_{4})}_{3} {(aq)=3FeSO}_{4} (aq)$ 的焓变。

查阅资料：配制 ${Fe}_{2} {({SO}_{4})}_{3}$ 溶液时需加入酸。加酸的目的是___________。

提出猜想： $Fe$ 粉与 ${Fe}_{2} {({SO}_{4})}_{3}$ 溶液混合，在反应A进行的过程中，可能存在 $Fe$ 粉和酸的反应。

验证猜想：用 $pH$ 试纸测得 ${Fe}_{2} {({SO}_{4})}_{3}$ 溶液的 $pH$ 不大于1；向少量 ${Fe}_{2} {({SO}_{4})}_{3}$ 溶液中加入 $Fe$ 粉，溶液颜色变浅的同时有气泡冒出，说明存在反应A和___________(用离子方程式表示)。

实验小结：猜想成立，不能直接测反应A的焓变。

教师指导：鉴于以上问题，特别是气体生成带来的干扰，需要设计出实验过程中无气体生成的实验方案。

优化设计：乙同学根据相关原理，重新设计了优化的实验方案，获得了反应A的焓变。该方案为___________。

（5）化学能可转化为热能，写出其在生产或生活中的一种应用___________。

氰基丙烯酸酯在碱性条件下能快速聚合为从而具有胶黏性．某种氰基丙烯酸酯（G）的合成路线如下：

已知：

①A的相对分子质量为58，氧元素质量分数为0.276，核磁共振氢谱显示为单峰

②

回答下列问题：

（1）A的化学名称为________．

（2）B的结构简式为________．其核磁共振氢谱显示为________组峰，峰面积比为________．

（3）由C生成D的反应类型为________．

（4）由D生成E的化学方程式为________．

（5）G中的官能团有________、________、________．（填官能团名称）

（6）G的同分异构体中，与G具有相同官能团且能发生银镜反应的共有________种．（不含立体结构）

某班同学用如下实验探究Fe²⁺、Fe³⁺的性质．回答下列问题：

（1）分别取一定量氯化铁、氯化亚铁固体，均配制成0.1mol/L 的溶液．在FeCl₂溶液中需加入少量铁屑，其目的是________．

（2）甲组同学取2mL FeCl₂溶液，加入几滴氯水，再加入1滴KSCN溶液，溶液变红，说明Cl₂可将Fe²⁺氧化．FeCl₂溶液与氯水反应的离子方程式为________．

（3）乙组同学认为甲组的实验不够严谨，该组同学在2mL FeCl₂溶液中先加入0.5mL 煤油，再于液面下依次加入几滴氯水和1滴KSCN溶液，溶液变红，煤油的作用是________．

（4）丙组同学取10mL 0.1mol•L^﹣¹KI溶液，加入6mL 0.1mol•L^﹣¹ FeCl₃溶液混合．分别取2mL此溶液于3支试管中进行如下实验：

①第一支试管中加入1mL CCl₄充分振荡、静置，CCl₄层显紫色；

②第二支试管中加入1滴K₃[Fe（CN）₆]溶液，生成蓝色沉淀；

③第三支试管中加入1滴KSCN溶液，溶液变红．

实验②检验的离子是________（填离子符号）；实验①和③说明：在I^﹣过量的情况下，溶液中仍含有________（填离子符号），由此可以证明该氧化还原反应为________．

（5）丁组同学向盛有H₂O₂溶液的试管中加入几滴酸化的FeCl₂溶液，溶液变成棕黄色，发生反应的离子方程式为________；一段时间后，溶液中有气泡出现，并放热，随后有红褐色沉淀生成，产生气泡的原因是________，生成沉淀的原因是________（用平衡移动原理解释）．

丙烯腈（CH ₂=CHCN）是一种重要的化工原料，工业上可用"丙烯氨氧化法"生产．主要副产物有丙烯醛（CH ₂=CHCHO）和乙腈（CH ₃CN）等。回答下列问题：

（1）以丙烯、氨、氧气为原料，在催化剂存在下生成丙烯腈（C ₃H ₃N）和副产物丙烯醛（C ₃H ₄O）。热化学方程式如下：①C ₃H ₆（g）+NH ₃（g）+ $\frac{3}{2}$ O ₂（g）═C ₃H ₃N（g）+3H ₂O（g）△H=﹣515kJ•mol ^﹣ ¹

②C ₃H ₆（g）+O ₂（g）═C ₃H ₄O（g）+H ₂O（g）△H=﹣353kJ•mol ^﹣ ¹

两个反应在热力学上趋势均很大，其原因是________；有利于提高丙烯腈平衡产率的反应条件是________；提高丙烯腈反应选择性的关键因素是________．

（2）图（a）为丙烯腈产率与反应温度的关系曲线，最高产率对应的温度为460℃．低于460℃时，丙烯腈的产率________（填"是"或"不是"）对应温度下的平衡转化率，判断理由是________；高于460℃时，丙烯腈产率降低的可能原因是________（双选，填标号）．

A．	催化剂活性降低	B．	平衡常数变大
C．	副反应增多	D．	反应活化能增大

（3）丙烯腈和丙烯醛的产率与n（氨）/n（丙烯）的关系如图（b）所示．由图可知，最佳n（氨）/n（丙烯）约为________，理由是________．进料气氨、空气、丙烯的理论体积比约为________．