Question

15．為驗(yàn)證MnO₂在KClO₃受熱分解制0₂的反應(yīng)前后質(zhì)量不變，某興趣小組利用如圖所示裝置進(jìn)行了如下實(shí)驗(yàn)：
（1）連接好裝置后，如何檢查裝置的氣密性？手握導(dǎo)管，看插入水中的導(dǎo)管口是否有氣泡產(chǎn)生，如果有氣泡產(chǎn)生，且手離開試管后水能夠倒流入導(dǎo)管口形成一段水柱，一段時(shí)間內(nèi)高度不變，則證明裝置氣密性好．
（2）取2.45gKC10₃ 固體粉末與0.87g Mn0₂粉末充分混勻，置于如圖所示裝置的試管中，充分加熱后，停止加熱，移去酒精燈之前，應(yīng)先撤出導(dǎo)管；調(diào)節(jié)量筒內(nèi)液面與水槽內(nèi)液面高度相同，量筒內(nèi)收集到的氣體體積＞ 0.735L（填“＞”“＜”或“=”）．已知室溫下氣體摩爾體積為24.5L•mol^-1，不考慮氧氣在水中的溶解及水蒸氣的影響）．
（3）取充分加熱后試管中的殘余固體，溶于50mL 1.0mol•L^-1稀硫酸中，加入50mL 0.30mol•L^-1 Na₂C₂04 溶液，待與Mn0₂作用完畢后，用 0.10mol•L^-1 KMn0₄標(biāo)準(zhǔn)溶液進(jìn)行滴定，消耗KMn04標(biāo)準(zhǔn)溶液V mL（已知Mn²⁺對(duì)滴定反應(yīng)有催化作用）
a．寫出Mn0₂與Na₂C₂0₄反應(yīng)的離子方程式MnO₂+C₂O₄^2-+4H⁺=Mn²⁺+2CO₂↑+2H₂O；
b．當(dāng)消耗KMn0₄標(biāo)準(zhǔn)溶液的體積V=20.00mL時(shí)，表明Mn0₂在反應(yīng)前后質(zhì)量不變．
c．若盛裝標(biāo)準(zhǔn)液的滴定管沒有用標(biāo)準(zhǔn)液潤洗，所測(cè)Mn0₂質(zhì)量會(huì)偏小（填“偏大”、“偏小”或“不變”，下同）；若滴定終點(diǎn)時(shí)明顯出現(xiàn)黑色沉淀，所測(cè)質(zhì)量會(huì)偏�。�

Answer 1

分析 （1）裝置氣密性檢驗(yàn)的原理是：通過氣體發(fā)生器與液體構(gòu)成封閉體系，依據(jù)改變體系內(nèi)壓強(qiáng)時(shí)產(chǎn)生的現(xiàn)象（如氣泡的生成、水柱的形成、液面的升降等）來判斷裝置氣密性的好壞；一般用到的方法是空氣熱脹冷縮法，據(jù)此進(jìn)行分析解答；
（2）反應(yīng)結(jié)束時(shí)應(yīng)該先撤出導(dǎo)管再移去酒精燈，避免發(fā)生倒吸現(xiàn)象；根據(jù)2KClO₃$\frac{\underline{\;MnO_{2}\;}}{\;}$2KCl+3O₂↑計(jì)算2.45g氯酸鉀理論產(chǎn)生的氧氣量，根據(jù)加熱過程中氣體膨脹分析量筒內(nèi)收集到的氣體體積；
（3）①二氧化錳與草酸鈉發(fā)生氧化還原反應(yīng)生成錳離子、二氧化碳?xì)怏w和水；
②反應(yīng)前，Mn0₂的物質(zhì)的量為n=$\frac{m}{M}$=$\frac{0.87g}{87g/mol}$=0.01mol，若Mn0₂在反應(yīng)前后質(zhì)量不變，則消耗的Na₂C₂0₄的物質(zhì)的量為0.01mol，在酸性條件下，高錳酸根離子能和草酸根離子發(fā)生氧化還原反應(yīng)生成二價(jià)錳離子、二氧化碳和水，根據(jù)反應(yīng)計(jì)算．
③根據(jù)操作對(duì)c（待測(cè)）=$\frac{c（標(biāo)準(zhǔn)）×V（標(biāo)準(zhǔn)）}{V（待測(cè)）}$的影響分析，若滴定終點(diǎn)時(shí)明顯出現(xiàn)黑色沉淀，可知有部分MnO₂生成．

解答 解：（1）檢查裝置的氣密性方法為：連接好儀器，先將導(dǎo)管的一端浸沒在水里，手握導(dǎo)管，看插入水中的導(dǎo)管口是否有氣泡產(chǎn)生，如果有氣泡產(chǎn)生，且手離開試管后水能夠倒流入導(dǎo)管口形成一段水柱，一段時(shí)間內(nèi)高度不變，則證明裝置氣密性好，
故答案為：手握導(dǎo)管，看插入水中的導(dǎo)管口是否有氣泡產(chǎn)生，如果有氣泡產(chǎn)生，且手離開試管后水能夠倒流入導(dǎo)管口形成一段水柱，一段時(shí)間內(nèi)高度不變，則證明裝置氣密性好；
（2）充分加熱后，停止加熱，為了避免發(fā)生倒吸現(xiàn)象，應(yīng)先將導(dǎo)管移出水面，再移去酒精燈，
2.45g氯酸鉀的物質(zhì)的量為：$\frac{2.45g}{122.5g/mol}$=0.02mol，根據(jù)反應(yīng)2KClO₃$\frac{\underline{\;MnO_{2}\;}}{\;}$2KCl+3O₂↑可知，0.02mol氯酸鉀完全分解生成氧氣的物質(zhì)的量為：0.02mol×$\frac{3}{2}$=0.03mol，常溫下0.03mol氧氣的體積為：24.5L/mol×0.03mol=0.735L，由于加熱過程中氣體膨脹，則量筒內(nèi)收集到的氣體體積＞0.735L，
故答案為：撤出導(dǎo)管；＞；
（3）①M(fèi)nO₂與Na₂C₂O₄發(fā)生氧化還原反應(yīng)，反應(yīng)的離子方程式為：MnO₂+C₂O₄^2-+4H⁺=Mn²⁺+2CO₂↑+2H₂O，
故答案為：MnO₂+C₂O₄^2-+4H⁺=Mn²⁺+2CO₂↑+2H₂O．
②50mL 0.30mol•L^-1 Na₂C₂0₄ 溶液中，Na₂C₂0₄的物質(zhì)的量為n=cv=0.3mol/L×0.05L=0.015mol，反應(yīng)前，Mn0₂的物質(zhì)的量為n=$\frac{m}{M}$=$\frac{0.87g}{87g/mol}$=0.01mol，若Mn0₂在反應(yīng)前后質(zhì)量不變，則消耗的Na₂C₂0₄的物質(zhì)的量為0.01mol，剩余0.015mol-0.010mol=0.005mol，在酸性條件下，高錳酸根離子和草酸根離子發(fā)生氧化還原反應(yīng)2Mn0₄^-+5C₂0₄^2-+16H⁺═2Mn²⁺+10CO₂↑+8H₂O，
2MnO₄^-_～ 5C₂O₄^2-
2                  5
n（Mn0₄^-）   0.005mol 
消耗的MnO₄^-的物質(zhì)的量n（Mn0₄^-）=0.002mol，體積為V=$\frac{0.002mol}{0.10mol/L}$=20.00mL，
故答案為：20.00；
③若盛裝標(biāo)準(zhǔn)液的滴定管沒有用標(biāo)準(zhǔn)液潤洗，導(dǎo)致標(biāo)準(zhǔn)液減小，消耗的標(biāo)準(zhǔn)液體積增多，根據(jù)c（待測(cè)）=$\frac{c（標(biāo)準(zhǔn)）×V（標(biāo)準(zhǔn)）}{V（待測(cè)）}$可知，c（待測(cè)）偏大，即Na₂C₂0₄ 偏大，則計(jì)算出的與Na₂C₂0₄ 反應(yīng)的MnO₂質(zhì)量會(huì)偏小，若滴定終點(diǎn)時(shí)明顯出現(xiàn)黑色沉淀，可知有部分MnO₂生成，則計(jì)入消耗的MnO₄^-偏大，故所測(cè)MnO₂質(zhì)量會(huì)偏小，
故答案為：偏�。黄��。�

點(diǎn)評(píng) 本題考查了化學(xué)實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)與評(píng)價(jià)，題目難度中等，明確實(shí)驗(yàn)?zāi)康�、�?shí)驗(yàn)原理為解答關(guān)鍵，注意掌握呈化學(xué)實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)與評(píng)價(jià)原則，試題培養(yǎng)了學(xué)生的分析能力及化學(xué)實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Γ?/p>