Question

19．我國(guó)規(guī)定：室內(nèi)甲醛含量不得超過(guò)0.08mg•m^-3．某研究性學(xué)習(xí)小組欲利用酸性KMnO₄溶液測(cè)定空氣中甲醛的含量，請(qǐng)你協(xié)助他們完成相關(guān)學(xué)習(xí)任務(wù)．（部分裝置如圖），其反應(yīng)原理及步驟如下：
4MnO₄^-+5HCHO+H⁺═Mn²⁺+5CO₂↑+11H₂O
2MnO₄^-+5H₂C₂O₄+6H⁺═2Mn²⁺+10CO₂↑+8H₂O
步驟：①量取5.00mL 1.00×10^-3mol•L^-1 KMnO₄，溶液于洗氣瓶中，并滴入幾滴稀H₂SO₄，加水20mL稀釋備用．
②取1.00×10^-3mol•L^-1草酸標(biāo)準(zhǔn)溶液于酸式滴定管中備用．
③用注射器抽取100mL新裝修室內(nèi)空氣．再將注射器氣體推入洗氣瓶中充分反應(yīng)．再重復(fù)4次．
④將洗氣瓶中溶液轉(zhuǎn)移到錐形瓶中（包括洗滌液），再用標(biāo)準(zhǔn)草酸溶液進(jìn)行滴定，記錄滴定所消耗的草酸溶液的體積．
⑤再重復(fù)實(shí)驗(yàn)2次（每次取高錳酸鉀溶液5.00mL）．3次實(shí)驗(yàn)消耗草酸溶液的體積平均值為12.38mL．
回答下列問(wèn)題
（1）5.00mL高錳酸鉀用酸式滴定管量取．
（2）此實(shí)驗(yàn)用指示劑d（填字母）．
a甲基橙　b酚酞　c淀粉　d無(wú)需另外添加試劑
（3）計(jì)算該居室內(nèi)空氣中甲醛的濃度18mg•m^-3．
（4）下列操作能引起室內(nèi)甲醛濃度偏高的是a．
a．滴定終點(diǎn)俯視讀數(shù)
b．滴定前有氣泡滴定后無(wú)氣泡
c．在高錳酸鉀溶液中加入少量水
d．裝草酸的滴定管未潤(rùn)洗
（5）草酸是二元中強(qiáng)酸，草酸氫鈉溶液顯酸性．常溫下，如果向10 mL 0.01mol•L^-1H₂C₂O₄溶液中滴加0.01 mol•L^-1NaOH溶液
①當(dāng)加入的NaOH溶液體積為10mL，請(qǐng)你寫(xiě)出溶液中質(zhì)子守恒關(guān)系式c（H⁺）+c（H₂C₂O₄）=c（OH^-）+c（C₂O₄^2-）．
②當(dāng)加入的NaOH溶液體積為20mL，請(qǐng)你寫(xiě)出溶液中離子的濃度大小關(guān)系c（Na⁺）＞c（C₂O₄^2-）＞c（OH^-）＞c（HC₂O₄^-）＞c（H⁺）．

Answer 1

分析 （1）5.00mL高錳酸鉀溶液體積精確度為0.01ml，高錳酸鉀溶液具有強(qiáng)氧化性，可以腐蝕橡膠管，需要選擇酸式滴定管；
（2）高錳酸鉀溶液為紫紅色溶液，滴入最后一滴紫紅色褪去且半分鐘不變化；
（3）先計(jì)算出總的高錳酸鉀的物質(zhì)的量，然后利用滴定數(shù)據(jù)計(jì)算出草酸消耗的高錳酸鉀的物質(zhì)的量，再計(jì)算出甲醛消耗高錳酸鉀的物質(zhì)的量，最后計(jì)算出1m³空氣中含有的甲醛的質(zhì)量；
（4）a．滴定終點(diǎn)俯視讀數(shù)讀取滴定管中溶液體積偏小，則和甲醛反應(yīng)的高錳酸鉀增大；
b．滴定前有氣泡滴定后無(wú)氣泡，讀取標(biāo)準(zhǔn)溶液體積增大，計(jì)算得到和甲醛反應(yīng)的高錳酸鉀物質(zhì)的量減小；
c．在高錳酸鉀溶液中加入少量水對(duì)滴定結(jié)果無(wú)影響；
d．裝草酸的滴定管未潤(rùn)洗，濃度變稀，消耗草酸溶液體積增大，則測(cè)定和甲醛反應(yīng)的高錳酸鉀物質(zhì)的量減小；
（5）①草酸是二元中強(qiáng)酸，草酸氫鈉溶液顯酸性．常溫下，如果向10 mL 0.01mol•L^-1H₂C₂O₄溶液中滴加0.01 mol•L^-1NaOH溶液10ml，反應(yīng)生成NaHC₂O₄溶液，結(jié)合溶液中電荷守恒和物料守恒計(jì)算得到質(zhì)子守恒；
②當(dāng)加入的NaOH溶液體積為20mL得到溶液為Na₂C₂O₄溶液，草酸根離子分步水解溶液顯堿性．

解答 解：（1）5.00mL高錳酸鉀溶液體積精確度為0.01ml，高錳酸鉀溶液且具有強(qiáng)氧化性，可以腐蝕橡膠管，應(yīng)用酸式滴定管量取，
故答案為：酸式滴定管；
（2）高錳酸鉀溶液為紫紅色溶液，滴入最后一滴紫紅色褪去且半分鐘不變化，此實(shí)驗(yàn)不用指示劑可以指示到終點(diǎn)，故選d，
故答案為：d；
（3）5.00mL 1.00×10^-3mol/L的高錳酸鉀溶液中含有的高錳酸鉀的物質(zhì)的量為：0.005L×1.00×10^-3mol/L=5×10^-6mol，
氧化甲醛后剩余的高錳酸鉀消耗的草酸物質(zhì)的量為：1.00×10^-3mol/L×0.01238L=1.238×10^-5mol，
根據(jù)反應(yīng)2MnO₄^-+5H₂C₂O₄+6H⁺→2Mn²⁺+10CO₂↑+8H₂O，草酸消耗的高錳酸鉀的物質(zhì)的量為：$\frac{2}{5}$×1.238×10^-5mol=4.952×10^-6mol，
氧化甲醛的高錳酸鉀的物質(zhì)的量為：5×10^-6mol-4.952×10^-6mol=4.8×10^-8mol，
根據(jù)反應(yīng)4MnO₄^-+5HCHO+12H⁺→4Mn²⁺+5CO₂↑+11H₂O，100mL空氣中含有的甲醛物質(zhì)的量為：$\frac{5}{4}$×4.8×10^-8mol=6×10^-8mol，
1m³空氣中含有的甲醛物質(zhì)的量為：6×10^-8mol×$\frac{1{0}^{6}ml}{100ml}$=6×10^-4mol，甲醛的質(zhì)量為：6×10^-4mol×30g/mol=0.018g=18g，該居室內(nèi)空氣中甲醛的濃度18mg•m^-3，
故答案為：18；
（4）a．滴定終點(diǎn)俯視讀數(shù)讀取滴定管中溶液體積偏小，則和甲醛反應(yīng)的高錳酸鉀增大，測(cè)定結(jié)果會(huì)偏高，故a正確；
b．滴定前有氣泡滴定后無(wú)氣泡，讀取標(biāo)準(zhǔn)溶液體積增大，計(jì)算得到和甲醛反應(yīng)的高錳酸鉀物質(zhì)的量減小，測(cè)定結(jié)果會(huì)偏低，故b錯(cuò)誤；
c．在高錳酸鉀溶液中加入少量水對(duì)滴定結(jié)果無(wú)影響，故c錯(cuò)誤；
d．裝草酸的滴定管未潤(rùn)洗，濃度變稀，消耗草酸溶液體積增大，則測(cè)定和甲醛反應(yīng)的高錳酸鉀物質(zhì)的量減小，測(cè)定結(jié)果會(huì)偏低，故d錯(cuò)誤；
故答案為：a；
（5）①當(dāng)加入的NaOH溶液體積為10mL，反應(yīng)生成NaHC₂O₄溶液，溶液中電荷守恒：c（Na⁺）+c（H⁺）=2c（C₂O₄^2-）+c（HC₂O₄^-）+c（OH^-），物料守恒；c（Na⁺）=c（C₂O₄^2-）+c（HC₂O₄^-）+c（H₂C₂O₄），得到c（H⁺）+c（H₂C₂O₄）=c（OH^-）+c（C₂O₄^2-），
故答案為：c（H⁺）+c（H₂C₂O₄）=c（OH^-）+c（C₂O₄^2-）；
②當(dāng)加入的NaOH溶液體積為20mL得到溶液為Na₂C₂O₄溶液，草酸根離子分步水解溶液顯堿性，溶液中離子濃度大小c（Na⁺）＞c（C₂O₄^2-）＞c（OH^-）＞c（HC₂O₄^-）＞c（H⁺），
故答案為：c（Na⁺）＞c（C₂O₄^2-）＞c（OH^-）＞c（HC₂O₄^-）＞c（H⁺）．

點(diǎn)評(píng) 本題以空氣中甲醛含量測(cè)定為載體，考查儀器的選擇、對(duì)操作的理解分析與評(píng)價(jià)、對(duì)裝置的評(píng)價(jià)、氧化還原反應(yīng)滴定應(yīng)用、化學(xué)計(jì)算等，需要學(xué)生具備扎實(shí)的基礎(chǔ)與運(yùn)用知識(shí)分析、解決問(wèn)題的能力，側(cè)重對(duì)學(xué)生能力的考查，兼顧基礎(chǔ)知識(shí)，難度中等．