Question

2．草酸作為一種很重要的化工原料，某一個學習小組的同學擬用甘蔗渣為原料用水解一氧化一水解的技術來制取草酸如圖1

Ⅰ、步驟④是減壓抽濾（如圖2），其優(yōu)點是：加快過濾速度、得到較干燥的沉淀，當抽濾完畢或中途停止抽濾時，為了防止自來水倒吸入B裝置，最佳的操作是慢慢打開活塞d，然后關閉水龍頭．
Ⅱ、該小組同學為了確定產(chǎn)品H₂C₂O₄•xH₂O中的x值，進行下列實驗：
①取w g產(chǎn)品配成100mL水溶液；
②量取25.00mL草酸溶液置于錐形瓶中，加入適量稀H₂SO₄后，用濃度為c mol•L^-1KMnO₄溶液滴定． 請回答下列問題：
（1）實驗①中，需要用到的玻璃儀器有：玻璃棒、燒杯、膠頭滴管和100mL容量瓶．
（2）寫出草酸溶液與酸性高錳酸鉀溶液反應的離子方程式：5H₂C₂O₄+2MnO₄^-+6H⁺=2Mn²⁺+10CO₂↑+8H₂O．
（3）若滴定時，前后兩次讀數(shù)分別為a mL和b mL，由此計算出該草酸晶體的x值是$\frac{50W}{9c（b-a）}$-5
Ⅲ、該小組同學在做實驗Ⅱ②時發(fā)現(xiàn)向草酸溶液中逐滴加入高錳酸鉀溶液時，溶液褪色總是先慢后快，即反應速率由小變大．為此，他們設計了實驗進行探究：
【實驗用品】：儀器：試管（若干個并編號①，②，③…）、膠頭滴管（若干支）、秒表
試劑：0.1mol/L H₂C₂O₄溶液、0.1mol/L KMnO₄溶液、稀硫酸、MnSO₄固體
【實驗內(nèi)容】：實驗（1）：在①號和②號試管中分別先加入5m1 0.1mol/L H₂C₂O₄溶液，然后各加10滴稀硫酸，且在②號試管中加入少量硫酸錳固體．再在兩支試管中各加入5滴0.1mol/LKMnO₄溶液．現(xiàn)象如下（表1）

編號	①號試管	②號試管
褪色時間	90s	5s
實驗現(xiàn)象	均有氣泡產(chǎn)生；②號試管的溶液褪色比①號試管的溶液快，它們顏色變化如下：紫紅色→紅色→橙紅色→橙色→黃色→無色．

實驗（2）：在①號和②號試管中分別加入5m1 0.1mol/L H₂C₂O₄溶液，在②號試管中再滴加l0滴稀硫酸，然后在兩支試管中各加入5滴0.1mol/L 的高錳酸鉀溶液．現(xiàn)象如下（表2）

編號	①號試管	②號試管
褪色時間	100s	90s
實驗現(xiàn)象	均有氣泡產(chǎn)生；②號試管的溶液褪色比①號試管的溶液快，它們顏色變化如下：紫紅色→紅色→橙紅色→橙色→黃色→無色．

實驗（3）：在①號、②號和③號試管中分別加入5m1 0.1mol/L H₂C₂O₄溶液，然后在①、②、③號試管中依次加入10滴、l mL、2mL稀硫酸溶液，然后各加入5滴0.1mol/L的高錳酸鉀溶液，然后置于溫度為65℃的水浴中加熱．觀察現(xiàn)象如下（表3）．

編號	①號試管	②號試管	③號試管
褪色時間	88s	100s	120s
實驗現(xiàn)象	均有氣泡產(chǎn)生；①號試管的溶液褪色比②、③號試管的溶液快，它們顏色變化如下：紫紅色→紅色→橙紅色→橙色→黃色→無色．

（1）設計實驗（1）對應的假設是反應產(chǎn)物中的Mn²⁺可能是反應的催化劑．
實驗（1）得出的結論是Mn²⁺（或硫酸錳）在反應中起到催化劑的作用，加快了反應速率[或需要Mn²⁺（硫酸錳）作催化劑]，假設1成立．
（2）由實驗（2）和實驗（3）得出的結論是由表2和表3的實驗結果可知：硫酸對草酸和高錳酸鉀溶液的反應有影響，加入少量硫酸，可促進草酸和KMnO₄溶液反應，而加入大量硫酸，草酸和高錳酸鉀溶液的反應速率開始比較慢，隨著反應的進行，褪色速率加快，溫度對該反應速率影響不大．

Answer 1

分析 Ⅰ、（1）減壓的操作優(yōu)點是：可加快過濾速度，并能得到較干燥的沉淀；抽濾完畢或中途停止抽濾時，為保持內(nèi)外壓強的平衡，應先斷開連接安全瓶與抽氣裝置間的橡皮管，該裝置只需慢慢打開活塞d，然后關閉抽氣裝置中的水龍頭；
Ⅱ、（1）配制準確濃度的草酸溶液，所需要的實驗儀器主要有天平（含砝碼）、燒杯、量筒、100mL容量瓶、膠頭滴管、玻璃棒等；
（2）酸性條件下，高錳酸鉀具有強氧化性，能氧化還原性物質，草酸和酸性高錳酸鉀溶液發(fā)生氧化還原反應生成二氧化碳、錳離子和水；
（3）滴定管的刻度由上而下刻度增大，滴定前后兩次讀數(shù)分別為amL和bmL，故消耗KMnO₄溶液體積（b-a）mL，根據(jù)關系式2KMnO₄～5H₂C₂O₄計算25.0mL草酸溶液中n（H₂C₂O₄），進而計算100mL草酸溶液中n′（H₂C₂O₄），計算草酸的質量，根據(jù)化學式質量分數(shù)計算求X的值；
【實驗內(nèi)容】：（1）根據(jù)表中數(shù)據(jù)知，有硫酸錳的溶液褪色時間短，反應速率快，沒有硫酸錳的溶液褪色時間長、反應速率慢；
（2）根據(jù)對比實驗中不同物理量確定褪色時間長短，從而確定反應速率的影響因素；

解答 解：Ⅰ、（1）減壓的操作優(yōu)點是：可加快過濾速度，并能得到較干燥的沉淀；抽濾完畢停止抽濾時，為防止倒吸，為保持內(nèi)外壓強的平衡，先慢慢打開活塞d，然后關閉水龍頭，
故答案為：加快過濾速度、得到較干燥的沉淀；慢慢打開活塞d，然后關閉水龍頭；
Ⅱ、（1）配制準確濃度的草酸溶液，所需要的實驗儀器主要有天平（含砝碼）稱固體、燒杯溶解固體、100mL容量瓶配制溶液、膠頭滴管定容、玻璃棒攪拌引流等，所以缺少玻璃儀器為100mL容量瓶，
故答案為：100mL容量瓶；
（2）草酸溶液與酸性高錳酸鉀溶液發(fā)生氧化還原反應，生成錳離子、二氧化碳、水，該離子反應為5H₂C₂O₄+2MnO₄^-+6H⁺=2Mn²⁺+10CO₂↑+8H₂O，
故答案為：5H₂C₂O₄+2MnO₄^-+6H⁺=2Mn²⁺+10CO₂↑+8H₂O；
（3）滴定管的刻度由上而下刻度增大，滴定前后兩次讀數(shù)分別為amL和bmL，故消耗KMnO₄溶液體積（b-a）mL，
n（KMnO₄）=c mol•L^-1×（b-a）×10^-3L=c×（b-a）×10^-3mol，
根據(jù)關系式2KMnO₄～5H₂C₂O₄可知25.0mL草酸溶液中n（H₂C₂O₄）=2.5×c×（b-a）×10^-3mol，
則100mL草酸溶液中n′（H₂C₂O₄）=2.5×c×（b-a）×10^-3mol×$\frac{100mL}{25mL}$=c×（b-a）×10^-2mol，
草酸晶體中草酸的質量為c×（b-a）×10^-2mol×90g/mol=0.9c（b-a）g，
由化學式可知：$\frac{90}{90+18x}$=$\frac{c×（b-a）×1{0}^{-2}mol×90g/mol}{Wg}$，解得x=$\frac{50W}{9c（b-a）}$-5，
故答案為：$\frac{50W}{9c（b-a）}$-5；
【實驗內(nèi)容】：（1）根據(jù)表中數(shù)據(jù)知，有硫酸錳的溶液褪色時間短，反應速率快，沒有硫酸錳的溶液褪色時間長、反應速率慢，說明硫酸錳作催化劑而加快反應速率，所以可假設：反應產(chǎn)物中的Mn²⁺可能是反應的催化劑，
故答案為：反應產(chǎn)物中的Mn²⁺可能是反應的催化劑；Mn²⁺（或硫酸錳）在反應中起到催化劑的作用，加快了反應速率[或需要Mn²⁺（硫酸錳）作催化劑]，假設1成立；
（2）根據(jù)實驗（2）、（3）表2和表3的實驗結果可知：溫度不同其褪色時間不同，說明溫度對該反應速率有影響，根據(jù)實驗（3）知，混合溶液中硫酸濃度不同其褪色時間不同，說明硫酸對草酸和KMnO₄溶液的反應有影響，加入少量硫酸，可促進草酸和KMnO₄溶液反應，褪色時間變短，而加入大量硫酸，反應速率比較小，褪色時間加長，說明溫度對該反應速率影響不大，
故答案為：由表2和表3的實驗結果可知：硫酸對草酸和高錳酸鉀溶液的反應有影響，加入少量硫酸，可促進草酸和KMnO₄溶液反應，而加入大量硫酸，草酸和高錳酸鉀溶液的反應速率開始比較慢，隨著反應的進行，褪色速率加快，溫度對該反應速率影響不大．

點評 本題考查了物質的分離和提純、化學平衡移動等知識點，為高頻考點，側重于學生的分析、實驗計算能量的考查，題目綜合性較強，掌握減壓過濾操作、有關滴定的計算是解答本題的關鍵，本題難度較大．