Question

19．為了探究乙二酸的不穩(wěn)定性，弱酸性和還原性．某化學興趣小組設計了如下實驗．
【查閱資料】乙二酸俗稱草酸，草酸晶體（H₂C₂O₄•2H₂O）在100°C時開始升華，157°C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．
【實驗設計】
I．乙二酸的不穩(wěn)定性：
根據(jù)草酸晶體的組成，猜想其受熱分解產(chǎn)物為CO、CO₂和H₂O．
（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，請回答下列問題：

①裝置的連接順序為：A→B→D→G→F→E→C→G；
②裝置中冰水混合物的作用是除去草酸蒸氣，防止干擾實驗；
③能證明產(chǎn)物中CO的實驗現(xiàn)象是黑色固體變成紅色，且澄清的石灰水變渾濁；
④從環(huán)境保護角度看上述裝置中存在的不合理之處為沒有CO尾氣處理裝置．
II．乙二酸的弱酸性：該小組同學為驗證草酸性質(zhì)需0.1mol•L^-1的草酸溶液480mL．
（2）配制該溶液需要草酸晶體6.3g．
（3）為驗證草酸具有弱酸性設計了下列實驗，其中能達到實驗目的是BD．
A．將草酸晶體溶于含酚酞的NaOH溶液中，溶液褪色
B．測定0.1mol•L^-1草酸溶液的pH
C．將草酸溶液加入Na₂CO₃溶液中，有CO₂放出
D．測定草酸鈉溶液的pH
（4）該小組同學將0.1mol•L^-1草酸溶液和0.1mol•L^-1的NaOH等體積混合后，測定反應后溶液呈酸性，則所得溶液中各離子濃度由大到小的順序為c（Na⁺）＞c（HC₂O₄^-）＞c（H⁺）＞c（C₂O₄^2-）＞c（OH^-）．
III．乙二酸的還原性：
（5）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．該反應的離子方程式為2MnO₄^-+5H₂C₂O₄+6H⁺=2Mn²⁺+10CO₂↑+8H₂O．
（6）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m g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（QUOTE計）的質(zhì)量分數(shù)為$\frac{0.88V}{m}$%．
③討論：用標準KMnO₄溶液直接滴定菠菜研磨、浸泡、過濾得到的溶液結(jié)果可能偏高，如果不考慮操作引起的誤差，原因很可能是溶液中可能含有其他還原性物質(zhì)會消耗高錳酸鉀．

Answer 1

分析 （1）猜想其受熱分解產(chǎn)物為CO₂、CO和H₂O，草酸晶體（H₂C₂O₄•2H₂O）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，所以生成的氣體中含有草酸蒸氣，應該檢驗生成產(chǎn)物成分時除去草酸，因為檢驗二氧化碳需要氫氧化鈣溶液，溶液中含有水分，所以要先用無水硫酸銅檢驗水蒸氣；用CuO檢驗CO，CO生成二氧化碳，為防止CO生成的CO₂干擾產(chǎn)物中CO₂的檢驗，所以要先檢驗CO₂、后檢驗CO；
（2）配制480mL0.1mol•L^-1的草酸溶液需要500mL容量瓶，則需要草酸晶體質(zhì)量=cVM=0.1mol/L×0.5L×126g/mol；
（3）A．將草酸晶體溶于含酚酞的NaOH溶液中，溶液褪色，說明草酸具有酸性；
B．測定0.1molL^-1草酸溶液的pH，根據(jù)氫離子濃度和草酸濃度相對大小判斷電解質(zhì)強弱；
C．將草酸溶液加入Na₂CO₃溶液中，有CO₂放出，說明草酸酸性大于碳酸；
D．測定草酸鈉溶液的pH，根據(jù)溶液酸堿性判斷草酸酸性強弱；
（4）二者恰好反應生成NaHC₂O₄，混合溶液呈酸性，則c（H⁺）＞c（OH^-），Na⁺不水解、HC₂O₄^-水解，則c（Na⁺）＞c（HC₂O₄^-），溶液呈酸性說明HC₂O₄^-電離程度大于水解程度，據(jù)此判斷離子濃度大小；
（5）酸性條件下，KMnO₄具有強氧化性，酸性KMnO₄溶液和草酸發(fā)生氧化還原反應而使酸性高錳酸鉀溶液褪色，Mn元素化合價由+7價變?yōu)?2價，則C元素生成穩(wěn)定氧化物CO₂，根據(jù)轉(zhuǎn)移電子相等、原子守恒、電荷守恒書寫方程式；
（6）①計算出配制的100mL樣品溶液會消耗高錳酸鉀溶液的體積，再根據(jù)n=cV計算出消耗高錳酸鉀的物質(zhì)的量，然后根據(jù)反應2MnO₄^-+5H₂C₂O₄+6H⁺=2Mn²⁺+10CO₂↑+8H₂O計算出樣品中含有草酸鈣的物質(zhì)的量，最后計算出樣品中草酸鈣的質(zhì)量分數(shù)；
②測定結(jié)果偏高，說明消耗的酸性高錳酸鉀溶液體積偏大，如果不考慮操作引起的誤差，則說明溶液中可能含有其它還原性的物質(zhì)．

解答 解：（1）①猜想其受熱分解產(chǎn)物為CO₂、CO和H₂O，草酸晶體（H₂C₂O₄•2H₂O）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，所以生成的氣體中含有草酸蒸氣，應該檢驗生成產(chǎn)物成分時除去草酸，因為檢驗二氧化碳需要氫氧化鈣溶液，溶液中含有水分，所以要先用無水硫酸銅檢驗水蒸氣；用CuO檢驗CO，CO生成二氧化碳，為防止CO生成的CO₂干擾產(chǎn)物中CO₂的檢驗，所以要先檢驗CO₂、后檢驗CO，用B冷卻得到草酸晶體、用C氧化CO、用D檢驗水、用E干燥CO、用F吸收二氧化碳、用G檢驗二氧化碳，所以其排列順序是A→B→D→G→F→E→C→G，故答案為：D；G；
②冰水混合物的作用是除去產(chǎn)物中草酸蒸氣，防止干擾實驗，
故答案為：除去草酸蒸氣，防止干擾實驗；
③CO具有還原性，能還原CuO生成Cu，生成的二氧化碳能使澄清石灰水變渾濁，則能證明含有CO的現(xiàn)象是：黑色固體變成紅色，且澄清的石灰水變渾濁，
故答案為：黑色固體變成紅色，且澄清的石灰水變渾濁；
④CO有毒，不能直接排空，所以要有尾氣處理裝置，
故答案為：沒有CO尾氣處理裝置；
（2）配制480mL0.1mol•L^-1的草酸溶液需要500mL容量瓶，則需要草酸晶體質(zhì)量=cVM=0.1mol/L×0.5L×126g/mol=6.3g，
故答案為：6.3；
（3）A．將草酸晶體溶于含酚酞的NaOH溶液中，溶液褪色，說明草酸具有酸性，但不能說明草酸部分電離，所以不能證明草酸是弱酸，故A錯誤；
B．測定0.1molL^-1草酸溶液的pH，如果溶液中氫離子濃度小于草酸濃度的2倍，就說明草酸部分電離為弱電解質(zhì)，故B正確；
C．將草酸溶液加入Na₂CO₃溶液中，有CO₂放出，說明草酸酸性大于碳酸，但不能說明草酸部分電離，則不能證明草酸是弱酸，故C錯誤；
D．測定草酸鈉溶液的pH，如果草酸鈉是強酸強堿鹽，溶液呈中性，如果草酸鈉是弱酸強堿鹽，溶液呈堿性，所以能證明草酸是否是弱電解質(zhì)，故D正確；
故答案為：BD；
（4）二者恰好反應生成NaHC₂O₄，混合溶液呈酸性，則c（H⁺）＞c（OH^-），Na⁺不水解、HC₂O₄^-水解，則c（Na⁺）＞c（HC₂O₄^-），溶液呈酸性說明HC₂O₄^-電離程度大于水解程度，所以溶液中c（H⁺）＞c（C₂O₄^2-），溶液呈酸性則c（OH^-）濃度最小，則溶液中離子濃度大小順序是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^-）；
（5）酸性條件下，KMnO₄具有強氧化性，酸性KMnO₄溶液和草酸發(fā)生氧化還原反應而使酸性高錳酸鉀溶液褪色，Mn元素化合價由+7價變?yōu)?2價，則C元素生成穩(wěn)定氧化物CO₂，根據(jù)轉(zhuǎn)移電子相等、原子守恒、電荷守恒書寫方程式為2MnO₄^-+5H₂C₂O₄+6H⁺=2Mn²⁺+10CO₂↑+8H₂O，
故答案為：2MnO₄^-+5H₂C₂O₄+6H⁺=2Mn²⁺+10CO₂↑+8H₂O；
（6）②配制的100mL樣品溶液會消耗高錳酸鉀溶液的體積為VmL×$\frac{100mL}{25mL}$=4VmL，消耗高錳酸鉀的物質(zhì)的量為：0.0100mol•L^-1×4V×10^-3L=4V×10^-5mol，根據(jù)反應2MnO₄^-+5H₂C₂O₄+6H⁺=2Mn²⁺+10CO₂↑+8H₂O可知，mg樣品中含有草酸鈣的物質(zhì)的量為：4V×10^-5mol×$\frac{5}{2}$=V×10^-4mol，菜中草酸鈣的質(zhì)量分數(shù)為：$\frac{88g/mol×V×1{0}^{-4}mol}{mg}$×100%=$\frac{0.88V}{m}$%，
故答案為：$\frac{0.88V}{m}$%；
③用標準KMnO₄溶液直接滴定菠菜研磨、浸泡、過濾得到的溶液結(jié)果可能偏高，如果不考慮操作引起的誤差，則溶液中可能含有其他還原性物質(zhì)會消耗高錳酸鉀，導致測定結(jié)果偏高，
故答案為：溶液中可能含有其他還原性物質(zhì)會消耗高錳酸鉀．

點評 本題考查性質(zhì)實驗方案設計，為高頻考點，題目難度中等，涉及氧化還原反應、離子濃度大小比較、弱電解質(zhì)的判斷、溶液配制、實驗操作先后順序判斷等知識點，明確物質(zhì)的性質(zhì)及實驗原理是解本題關(guān)鍵，難點是（1）中物質(zhì)檢驗先后順序，易錯點是（2）的計算，注意應該配制500mL溶液而不是480mL溶液．