Question

以下是某學習小組對乙二酸的某些性質(zhì)進行研究性學習的過程：
【研究課題】探究乙二酸的某些性質(zhì)
【查閱資料】乙二酸（HOOC-COOH）俗稱草酸，草酸晶體的化學式為H₂C₂O₄?2H₂O；草酸在100℃時開始升華，157℃時大量升華，并開始分解；草酸蒸氣在低溫下可冷凝為固體；草酸鈣不溶于水，草酸蒸氣能使澄清石灰水變渾濁．
【提出猜想】
猜想一：乙二酸具有不穩(wěn)定性
根據(jù)草酸晶體的組成，該小組同學猜想其受熱分解產(chǎn)物為CO、CO₂和H₂O．
設(shè)計方案：
（1）請用下列裝置組成一套探究并驗證其產(chǎn)物的實驗裝置（草酸晶體分解裝置略，連接導管略去）．

請回答下列問題：
①裝置的連接順序為：A→

 

→D→

 

→B→D
②檢驗產(chǎn)物中CO的實驗現(xiàn)象是

 

．
③整套裝置存在不合理之處為

 

．
猜想二：乙二酸具有弱酸性
設(shè)計方案：
（2）該小組同學為驗證草酸具有弱酸性設(shè)計了下列實驗，其中能達到實驗目的是

 

（填字母）．
A．將草酸晶體溶于含酚酞的NaOH溶液中，溶液褪色
B．測定相同濃度的草酸和硫酸溶液的pH
C．測定草酸鈉（Na₂C₂O₄）溶液的pH
D．將草酸溶液加入Na₂CO₃溶液中，有CO₂放出
（3）該小組同學將2.52g草酸晶體（H₂C₂O₄?2H₂O）加入到100mL 0.2mol/L的NaOH溶液中充分反應(yīng)，使用pH計測定反應(yīng)后溶液，結(jié)果呈酸性，則溶液中各離子的濃度由大到小的順序為

 

．
猜想三：乙二酸具有還原性
設(shè)計方案：
（4）該小組同學向用硫酸酸化的KMnO₄溶液中滴入過量的草酸溶液，發(fā)現(xiàn)酸性KMnO₄溶液褪色，從而判斷草酸具有較強的還原性．該反應(yīng)的離子方程式為

 

．
（5）該小組同學查閱資料得知“菠菜中富含可溶性草酸鹽和碳酸鹽”，利用上述原理準確測定菠菜中草酸鹽含量，回答有關(guān)問題：
①操作：取mg菠菜樣品，將其中草酸鹽轉(zhuǎn)化為CaC₂O₄沉淀分離出來，用鹽酸溶解后，將溶液轉(zhuǎn)入容量瓶中加水配制成100mL溶液．每次用酸式滴定管移取25.00mL該溶液，用0.0100mol?L^-1KMnO₄標準溶液滴定，平均消耗標準溶液V mL．
②計算：菠菜中草酸鹽（以C₂O₄^2-計）的質(zhì)量分數(shù)為

 

．

Answer 1

考點：性質(zhì)實驗方案的設(shè)計

專題：實驗設(shè)計題

分析：（1）①猜想其產(chǎn)物為CO、CO₂和H₂O，草酸在100℃時開始升華，157℃時大量升華，并開始分解．草酸鈣不溶于水、草酸蒸氣能使澄清石灰水變渾濁、草酸蒸氣在低溫下可冷凝為固體，分析可知先冷凝揮發(fā)出的草酸，再檢驗水蒸氣的生成，檢驗二氧化碳的生成，并除去二氧化碳，再通過灼熱的氧化銅檢驗一氧化碳氣體的存在，利用反應(yīng)后生成的二氧化碳通入澄清石灰水變渾濁證明一氧化碳的存在；
②檢驗產(chǎn)物中CO的實驗現(xiàn)象是C中黑色氧化銅變紅色，生成了澄清石灰水變渾濁的氣體；
③一氧化碳有毒，會污染空氣，需要吸收處理裝置；
（2）證明草酸具有弱酸性，需要證明草酸在溶液中部分電離，存在電離平衡；
（3）2.52g草酸晶體（H₂C₂O₄?2H₂O）的物質(zhì)的量為：

2.52g

126g/mol

=0.02mol，100mL 0.2mol/L的NaOH溶液中含有0.02mol氫氧化鈉，兩者正好1：1反應(yīng)生成NaHC₂O₄，溶液顯酸性說明HC₂O₄^-的電離程度大于其水解程度，可得離子濃度間的大小關(guān)系；
（4）依據(jù)氧化還原反應(yīng)元素化合價變化和電子守恒、原子守恒配平得到反應(yīng)的離子方程式；
（5）②依據(jù)高錳酸鉀和草酸反應(yīng)的定量關(guān)系，結(jié)合消耗高錳酸鉀溶液的體積和濃度計算物質(zhì)的量，得到草酸物質(zhì)的量，計算出菠菜中草酸鹽（以C₂O₄^2-計）的質(zhì)量分數(shù)．

解答： 解：（1）①分解產(chǎn)物為CO、CO₂和H₂O，檢驗時應(yīng)該先用無水硫酸銅檢驗水蒸氣，然后用澄清石灰水檢驗二氧化碳，最后用加熱的CuO和澄清石灰水檢驗CO，所以儀器的連接順序為：A→C→D→E→B→D，
故答案為：CE；
②當裝置B中黑色固體變成紅色，且裝置D澄清石灰水變渾濁，則證明混合氣體中含有CO，
故答案為：黑色固體變成紅色，且澄清石灰水變渾濁；
③一氧化碳有毒污染空氣，需要吸收處理裝置，一氧化碳尾氣的處理方法為點燃，操作時將氣體通到酒精燈火焰上燃燒，
故答案為：沒有一氧化碳尾氣處理裝置；
（2）A．將草酸晶體溶于含酚酞的NaOH溶液中，溶液褪色，只能說明酸堿反應(yīng)，不能說明草酸是弱酸，故A錯誤；
B．草酸和硫酸都是二元酸，測定相同濃度的草酸和硫酸溶液的pH，若不同PH大的為草酸證明存在電離平衡，故B正確；
C．測定草酸鈉（Na₂C₂O₄）溶液的pH，若顯堿性，證明草酸根離子水解，證明草酸是弱酸，故C正確；
D．將草酸溶液加入Na₂CO₃溶液中，有CO₂放出，只能說明草酸酸性大于碳酸，但不能證明草酸是弱酸，故D錯誤；
故選BC．
（3）2.52g草酸晶體（H₂C₂O₄?2H₂O）的物質(zhì)的量為：

2.52g

126g/mol

=0.02mol，100mL 0.2mol/L的NaOH溶液中含有0.02mol氫氧化鈉，草酸與氫氧化鈉恰好按照物質(zhì)的量1：1反應(yīng)生成NaHC₂O₄，溶液顯酸性說明HC₂O₄^-的電離程度大于其水解程度，而溶液中還存在著水的電離，則c（H⁺）＞c（C₂O₄^2-），由于離子的電離程度較小，則有c（HC₂O₄^-）＞c（H⁺），故離子濃度大小順序為：c（Na⁺）＞c（HC₂O₄^-）＞c（H⁺）＞c（C₂O₄^2-）＞c（OH^-），
故答案為：c（Na⁺）＞c（HC₂O₄^-）＞c（H⁺）＞c（C₂O₄^2-）＞c（OH^-）；
（4）根據(jù)氧化還原反應(yīng)方程式的配平原則：錳元素化合價+7價變化為+2價，電子轉(zhuǎn)移5，草酸中碳元素化合價+3價變化為+4價，得失電子守恒、質(zhì)量守恒和電荷守恒配平該反應(yīng)的離子方程式為：2MnO₄^-+5H₂C₂O₄+6H⁺=2Mn²⁺+10CO₂↑+8H₂O，
故答案為：2MnO₄^-+5H₂C₂O₄+6H⁺=2Mn²⁺+10CO₂↑+8H₂O；
（5）②用0.0100mol?L^-1KMnO₄標準溶液滴定，平均消耗標準溶液V mL，則高錳酸鉀的物質(zhì)的量為：0.0100mol/L×V×10^-3L=V×10^-5mol，根據(jù)反應(yīng)2MnO₄^-+5H₂C₂O₄+6H⁺=2Mn²⁺+10CO₂↑+8H₂O可知，100mL該樣品溶液中含有的醋酸根離子的物質(zhì)的量為：

5

2

×V×10^-5mol×

100mL

25mL

=V×10^-4mol，V×10^-4mol×88g/mol=8.8V×10^-3g，
該草酸晶體樣品中H₂C₂O₄?2H₂O的質(zhì)量分數(shù)為：

8.8V×10-3g

mg

×100%=

0.88V

m

%，
故答案為：

0.88V

m

%；

點評：本題考查了性質(zhì)實驗方案設(shè)計的方法，涉及化學實驗、氧化還原反應(yīng)、離子反應(yīng)及電解質(zhì)溶液中粒子行為和化學計算相關(guān)知識，題目難度較大，注意掌握探究物質(zhì)性質(zhì)實驗方案設(shè)計的方法，明確物質(zhì)性質(zhì)及實驗操作方法為解答關(guān)鍵，試題有利于提高學生的分析、理解能力及化學實驗能力．