例談高中化學(xué)工藝流程題的解題思路和主要策略
——以工業(yè)上用軟錳礦制備高錳酸鉀的工藝流程為例

吳 園

(安徽省濉溪縣臨渙中學(xué) 安徽 濉溪 235143)

下面我通過一個例題來分析解答化工題的一般思路和主要策略，希望大家多提寶貴意見。

【例題】工業(yè)制備高錳酸鉀是錳的重要化合物和常用的氧化劑。以下是工業(yè)上用軟錳礦制備高錳酸鉀的一種工藝流程。

①KMnO4稀溶液是一種常用的消毒劑。其消毒原理與下列物質(zhì)相同的是_____(填代號)。

a. 84消毒液(NaClO溶液) b. 雙氧水

c. 苯酚 d. 75%酒精

②高錳酸鉀保存在棕色試劑瓶，下列試劑保存不需要棕色試劑瓶的是_____(填代號)。

a. 濃硝酸 b. 硝酸銀 c. 氯水 d. 燒堿

③上述流程中可以循環(huán)使用的物質(zhì)有__________、__________(寫化學(xué)式)。

④若不考慮物質(zhì)循環(huán)與制備過程中的損失，則1 mol MnO2可制得_____mol KMnO4。

⑤該生產(chǎn)中需要純凈的CO2氣體。若實驗室要制備純凈的CO2，所需試劑最好選擇(選填代號)_____。

a. 石灰石 b. 稀HCl c. 稀H2SO4d. 純堿

所需氣體發(fā)生裝置是_____________(選填代號)。

⑥操作Ⅰ的名稱是_____；操作Ⅱ根據(jù)KMnO4和K2CO3兩物質(zhì)在__________(填性質(zhì))上的差異，采用 __________(填操作步驟)、趁熱過濾得到KMnO4粗晶體。

【解析】高錳酸鉀又名灰錳氧，是+7價錳最重要的化合物， 也是最重要和最常用的氧化劑之一。本題以液相氧化法制備高錳酸鉀為背景， 著重考察了基本化學(xué)實驗知識， 本題可很好地鞏固試劑保存、分離提純操作、有關(guān)氣體制取實驗原理和裝置知識等。

(1)高錳酸鉀的消毒機(jī)理主要是靠其氧化性氧化微生物而殺滅微生物， 它通過氧化細(xì)菌體內(nèi)的活性基團(tuán)而發(fā)揮作用，類似84消毒液(NaClO溶液)、雙氧水， 而苯酚、 酒精消毒機(jī)理主要是使蛋白質(zhì)75%凝固。

(2)試劑保存方法源于試劑的性質(zhì)， 見光易分解的物質(zhì)通常保存在棕色試劑瓶中。濃硝酸、硝酸銀、氯水等試劑都是中學(xué)階段常用試劑， 都保存在棕色試劑瓶中。

(3)從流程圖中不難發(fā)現(xiàn)，由于K2MnO4在酸性條件下易歧化為MnO2和KMnO4， 所以MnO2可以部分循環(huán)；母液成分主要是K2CO3，通過加入石灰，產(chǎn)生KOH也可以循環(huán)利用。

(4)本小題考察學(xué)生對制備原理的理解。一種方法是寫出各步反應(yīng)， 通過物質(zhì)的量的關(guān)系得出；另外，從流程中也可看出，Mn元素?fù)p失發(fā)生在KMnO4歧化這一步，通過電子得失守恒，1molKMnO4可制得1/3molMnO2和2/3molKMnO4.

(5) 本題主要考察有關(guān)氣體制取實驗原理和裝置， 氣體發(fā)生裝置取決于氣體制備原理。題目中關(guān)鍵詞 “純凈”， 所以要選用純堿和稀硫酸， 發(fā)生裝置就只能相應(yīng)選擇A。

(6)主要考察制備過程中分離提純的基本操作。操作Ⅰ是分離不溶物MnO2， 所以是過濾； 操作Ⅱ從兩物質(zhì)性質(zhì)上分析， 都可溶， 故是利用兩者溶解度的不同而采用結(jié)晶方法分離， 但考慮到KMnO4易受熱分解， 要得到KMnO4粗晶體，只能蒸發(fā)濃縮結(jié)晶。

【答案】(1)ab (2)d (3)MnO2；KOH (4)2/3 (5)cd ；A；(6)過濾；溶解度；濃縮結(jié)晶

【小結(jié)】 結(jié)合本題系統(tǒng)復(fù)習(xí)拓展介紹KMnO4作為氧化劑在不同介質(zhì)條件下被還原的產(chǎn)物， 也可以拓展到電解法制備高錳酸鉀的工藝流程。

對此題進(jìn)行分析的過程是將手榴彈作為研究對象，系統(tǒng)的合外力不為零，總動量不守恒，但是在爆炸時兩小塊間的作用力要遠(yuǎn)大于自身的重力，作用時間極短，而且水平方向不受外力，故系統(tǒng)的水平方向的動量是守恒的。爆炸過程屬于化學(xué)反應(yīng)，存在化學(xué)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的情況，所以在沒有告訴我們爆炸過程中有多少化學(xué)能轉(zhuǎn)為系統(tǒng)機(jī)械能的前提下，不能用能量守恒去進(jìn)行求解。在教學(xué)的過程中，教師要引導(dǎo)學(xué)生們正確地分析碰撞與爆炸問題的能量變化，讓學(xué)生形成獨(dú)立解決問題的方法，從而有效解決動量守恒定律方面的問題。