Question

20．三頸瓶在化學(xué)實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用非常廣泛，下面是三頸瓶在部分無(wú)機(jī)實(shí)驗(yàn)和有機(jī)實(shí)驗(yàn)中的一些應(yīng)用．
I．實(shí)驗(yàn)室從含碘廢液（除H₂O外，還有CCl₄、I₂、I^-等）中回收碘，其實(shí)驗(yàn)過(guò)程如圖1所示：

（1）用Na₂SO₃溶液將I₂還原為I^-的目的是使CCl₄中的碘進(jìn)入水．
（2）操作X的名稱為分液．
（3）氧化時(shí)，在三頸瓶中將含I^-的水溶液用鹽酸調(diào)至pH約為2，緩慢通入Cl₂在40℃左右反應(yīng)（實(shí)驗(yàn)裝置如圖2所示），實(shí)驗(yàn)控制在較低溫度下進(jìn)行的原因是：使氯氣在溶液中有較大的溶解度或防止碘升華或防止碘進(jìn)一步被氧化．
（4）已知：5SO₃^2-+2IO₃^-+2H⁺═I₂+5SO₄^2-+H₂O，另有一種含碘廢水中一定存在I₂，還可能存在IO₃^-，請(qǐng)補(bǔ)充完整檢驗(yàn)含碘廢水中是否含有IO₃^-的實(shí)驗(yàn)方案：取適量含碘廢水用CCl₄多次萃取、分液，直到水層用淀粉溶液檢驗(yàn)不出有碘單質(zhì)存在，從水層取少量溶液，加入1-2 mL淀粉溶液，再加入鹽酸酸化，滴加亞硫酸鈉溶液，若溶液變藍(lán)，說(shuō)明廢水中含有IO₃^-，若溶液不變藍(lán)，說(shuō)明廢水中不含有IO₃^-．（實(shí)驗(yàn)中可供選擇的試劑：稀鹽酸、淀粉溶液、FeCl₃溶液、Na₂SO₃溶液 ）
II．某實(shí)驗(yàn)小組為研究草酸的制取和草酸的性質(zhì)，進(jìn)行如下實(shí)驗(yàn)．
實(shí)驗(yàn)一：制備草酸
實(shí)驗(yàn)室用硝酸氧化淀粉水解液制備草酸的裝置如圖3所示（加熱、攪拌和儀器固定裝置均已略去），實(shí)驗(yàn)過(guò)程如下：

①將一定量的淀粉水解液加入三頸瓶中
②控制反應(yīng)液溫度在55-60℃條件下，邊攪拌邊緩慢滴加一定量含有適量催化劑的混酸（65%HNO₃與98%H₂S0₄的質(zhì)量比為2：1.5）溶液
③反應(yīng)3h左右，冷卻，抽濾后再重結(jié)晶得草酸晶體．
硝酸氧化淀粉水解液過(guò)程中可發(fā)生下列反應(yīng)：
C₆H₁₂O₆+12HNO₃→3H₂C₂O₄+9NO₂↑+3NO↑+9H₂O
C₆H₁₂O₆+8HNO₃→6CO₂↑+8NO↑+10H₂O
3H₂C₂O₄+2HNO₃→6CO₂↑+2NO↑+4H₂O
（5）將抽濾后得到的草酸晶體粗品經(jīng)①加熱溶解 ②趁熱過(guò)濾 ③冷卻結(jié)晶
④過(guò)濾洗滌 ⑤干燥等實(shí)驗(yàn)步驟，得到較純凈的草酸晶體，該過(guò)程中除去粗品中溶解度較大的雜質(zhì)是在步驟C
A．②的濾液中         B．③的晶體中        C．④的濾液中         D．④的濾紙上
（6）實(shí)驗(yàn)中若混酸滴加過(guò)快，將導(dǎo)致草酸產(chǎn)率下降，其原因是由于混酸加入過(guò)快，會(huì)導(dǎo)致H₂C₂O₄進(jìn)一步被氧化，或?qū)�C₆H₁₂O₆直接氧化成二氧化碳．
實(shí)驗(yàn)二：草酸晶體中結(jié)晶水測(cè)定
草酸晶體的化學(xué)式可表示為H₂C₂O₄•xH₂O，為測(cè)定x的值，進(jìn)行下列實(shí)驗(yàn)：
①稱取6.3g某草酸晶體配成100.00mL的水溶液．
②取25.00mL所配溶液置于錐形瓶中，加入適量稀H₂SO₄，用濃度為0.5mol/L的KMnO₄溶液滴定，滴定終點(diǎn)時(shí)消耗KMnO₄溶液的體積為10.00mL．回答下列問(wèn)題：
（7）寫出上述反應(yīng)的離子方程式5H₂C₂O₄+2MnO₄^-+6H⁺=2Mn²⁺+10CO₂↑+8H₂O．
（8）計(jì)算x=2．

Answer 1

分析 I．碘廢液加亞硫酸鈉溶液，把單質(zhì)碘還原為I^-，四氯化碳難溶于水，會(huì)分層，則分液即可得到四氯化碳，剩余的溶液中加氯氣氧化I^-得到I₂，富集，最后得到較純的I₂．
（1）碘單質(zhì)具有氧化性，能氧化亞硫酸鈉生成硫酸鈉，自身被還原生成碘離子，碘單質(zhì)微溶于水，而碘離子易溶于水；
（2）分離互不相溶的液體采用分液的方法分離；
（3）碘易升華，且氯氣的溶解度隨著溫度的升高而減��；
（4）碘離子具有還原性，能被氧化劑氧化生成碘，碘酸根離子具有氧化性，能被還原劑還原生成碘，碘遇淀粉試液變藍(lán)色；
II．（5）根據(jù)題中實(shí)驗(yàn)步驟可知，通過(guò)重結(jié)晶得草酸晶體時(shí)，草酸晶體析出，溶解度較大的雜質(zhì)留在溶液中；
（6）草酸具有還原性，硝酸能進(jìn)一步氧化C₆H₁₂O₆和H₂C₂O₄；
（7）H₂C₂O₄反應(yīng)中C由+3價(jià)升高為二氧化碳中+4價(jià)，MnO₄ ^-中Mn由+7價(jià)降為Mn²⁺中的+2價(jià)，依據(jù)氧化還原反應(yīng)得失電子守恒結(jié)合原子個(gè)數(shù)守恒書寫方程式；
（8）依據(jù)滴定發(fā)生的氧化還原反應(yīng)離子方程式5H₂C₂O₄+2MnO₄^-+6H⁺=2Mn²⁺+10CO₂↑+8H₂O的定量關(guān)系計(jì)算得到．

解答 解：I．（1）碘單質(zhì)具有氧化性，能氧化亞硫酸鈉生成硫酸鈉，自身被還原生成碘離子，離子反應(yīng)方程式為SO₃^2-+I₂+H₂O=2I^-+2H⁺+SO₄^2-，碘單質(zhì)微溶于水，而碘離子易溶于水，為了使更多的碘元素進(jìn)入水溶液應(yīng)將碘還原為碘離子，
故答案為：使CCl₄中的碘進(jìn)入水；
（2）四氯化碳屬于有機(jī)物，水屬于無(wú)機(jī)物，二者不互溶，分離互不相溶的液體采用分液的方法分離，所以分離出四氯化碳操作X的名稱為分液，
故答案為：分液；
（3）碘易升華，且氯氣的溶解度隨著溫度的升高而減小，溫度越高，氯氣的溶解度越小，反應(yīng)越不充分，所以應(yīng)該在低溫條件下進(jìn)行反應(yīng)，
故答案為：使氯氣在溶液中有較大的溶解度或防止碘升華或防止碘進(jìn)一步被氧化；
（4）碘離子具有還原性，能被氧化劑氧化生成碘，碘酸根離子具有氧化性，能被還原劑還原生成碘，碘遇淀粉試液變藍(lán)色，所以其檢驗(yàn)方法為從水層取少量溶液，加入1-2mL淀粉溶液，加入鹽酸酸化，若溶液變藍(lán)色，說(shuō)明廢水中含有IO₃^-，否則不含IO₃^-；
故答案為：從水層取少量溶液，加入1-2 mL淀粉溶液，再加入鹽酸酸化，滴加亞硫酸鈉溶液，若溶液變藍(lán)，說(shuō)明廢水中含有IO₃^-，若溶液不變藍(lán)，說(shuō)明廢水中不含有IO₃^-；
II．（5）根據(jù)題中實(shí)驗(yàn)步驟可知，通過(guò)重結(jié)晶得草酸晶體時(shí)，草酸晶體析出，溶解度較大的雜質(zhì)留在溶液中，應(yīng)該在步驟④中除去，溶解度較小的雜質(zhì)最后過(guò)濾時(shí)留在濾紙上，
故答案為：C；
（6）混酸為65%HNO₃與98%H₂SO₄的混合液，混合液溶于水放熱，溫度高能加快化學(xué)反應(yīng)，混酸加入過(guò)快，會(huì)導(dǎo)致H₂C₂O₄進(jìn)一步被氧化，或?qū)�C₆H₁₂O₆直接氧化成二氧化碳，
故答案為：由于混酸加入過(guò)快，會(huì)導(dǎo)致H₂C₂O₄進(jìn)一步被氧化，或?qū)�C₆H₁₂O₆直接氧化成二氧化碳；
（7）H₂C₂O₄反應(yīng)中C由+3價(jià)升高為二氧化碳中+4價(jià)，MnO₄ ^-中Mn由+7價(jià)降為Mn²⁺中的+2價(jià)，要使氧化劑與還原劑得失電子相等則H₂C₂O₄系數(shù)為5，MnO₄ ^-系數(shù)為2，結(jié)合原子個(gè)數(shù)守恒，反應(yīng)方程式：5H₂C₂O₄+2MnO₄^-+6H⁺=2Mn²⁺+10CO₂↑+8H₂O；
故答案為：5H₂C₂O₄+2MnO₄^-+6H⁺=2Mn²⁺+10CO₂↑+8H₂O；
（8）5H₂C₂O₄+2MnO₄^-+6H⁺═10CO₂↑+2Mn²⁺+8H₂O，6.3g純草酸晶體中含H₂C₂O₄的物質(zhì)的量為：0.500 mol/L×10.00 mL×10^-3 L/mL×$\frac{5}{2}$×$\frac{100ml}{25ml}$=0.0500 mol，
則6.3g H₂C₂O₄•xH₂O中含H₂O的物質(zhì)的量為$\frac{6.3g-0.0500mol×90g/mol}{18g/mol}$=0.1 mol，0.0500mol晶體含水0.1mol，1mol晶體中含的結(jié)晶水2mol；則x=2．
故答案為：2．

點(diǎn)評(píng) 本題主要考查了草酸的制取實(shí)驗(yàn)，注意把握實(shí)驗(yàn)的原理，熟練進(jìn)行氧化還原計(jì)算是解答的關(guān)鍵，要求具備一定的理論分析能力和計(jì)算解決問(wèn)題的能力，題目難度中等．