Question

5．乙二酸（H₂C₂O₄）是一種重要的化工產(chǎn)品．可以使酸性高錳酸鉀溶液褪色，自身被氧化為CO₂．乙二酸制備工藝流程如圖：

氧化時(shí)控制反應(yīng)液溫度為55-60℃邊攪拌邊緩慢滴加濃HNO₃，H₂SO₄混合液，可發(fā)生下列反應(yīng)：
C₆H₁₂O₆+18HNO₃→3H₂C₂O₄+18NO₂↑+12H₂O
C₆H₁₂O₆+6HNO₃→3H₂C₂O₄+6NO+6H₂O
（1）檢驗(yàn)氧化后的溶液中是否仍含有葡萄糖的實(shí)驗(yàn)方案中用到的試劑為取氧化后所得溶液，加入過量NaOH溶液，再向其中加入新制Cu（OH）₂，加熱，若有磚紅色沉淀產(chǎn)生，說明含有葡萄糖．
（2）氧化時(shí)需控制反應(yīng)液溫度為55-60℃，不能超過60℃的原因是溫度過低反應(yīng)過慢，若溫度過高硝酸會(huì)分解（或揮發(fā)）．
（3）H₂C₂O₄能使酸性KMnO₄溶液褪色，其離子方程式為5H₂C₂O₄+2MnO₄^-+6H⁺=2Mn²⁺+10CO₂+8H₂O．
（4）生產(chǎn)中產(chǎn)生的NO_x用氧氣和水吸收后產(chǎn)生硝酸循環(huán)利用，若尾氣NO_x中n（NO₂）：n（NO）=1：2，且NO_x的吸收轉(zhuǎn)化率為90%．計(jì)算：理論上，每生產(chǎn)6.3kg乙二酸至少需要補(bǔ)充質(zhì)量分?jǐn)?shù)為63%的硝酸溶液多少千克．（寫出計(jì)算過程）

Answer 1

分析 （1）葡萄糖含有醛基，取氧化后所得溶液，加入過量NaOH溶液，加入新制Cu（OH）₂，加熱，檢驗(yàn)葡萄糖；
（2）若溫度過低反應(yīng)過慢，若溫度過高硝酸會(huì)分解（或揮發(fā)）；
（3）H₂C₂O₄與酸性KMnO₄溶液發(fā)生氧化還原反應(yīng)生成二氧化碳、錳離子等，使溶液褪色；
（4）根據(jù)n=$\frac{m}{M}$計(jì)算乙二酸的物質(zhì)的量，令反應(yīng)生成NO₂的乙二酸的物質(zhì)的量為xmol，則反應(yīng)生成NO的乙二酸的物質(zhì)的量為（100-x）mol，根據(jù)方程式計(jì)算生成氣體的物質(zhì)的量，由氮元素守恒可知，損失的氣體的物質(zhì)的量等于需要補(bǔ)充的硝酸的物質(zhì)的量，據(jù)此解答．

解答 解：（1）檢驗(yàn)氧化后的溶液中是否仍含有葡萄糖的實(shí)驗(yàn)方案為：取氧化后所得溶液，加入過量NaOH溶液，再向其中加入新制Cu（OH）₂，加熱，若有磚紅色沉淀產(chǎn)生，說明含有葡萄糖，
故答案為：取氧化后所得溶液，加入過量NaOH溶液，再向其中加入新制Cu（OH）₂，加熱，若有磚紅色沉淀產(chǎn)生，說明含有葡萄糖；
（2）溫度過低反應(yīng)過慢，若溫度過高硝酸會(huì)分解（或揮發(fā)），故氧化時(shí)控制反應(yīng)液溫度為55～60℃，
故答案為：溫度過低反應(yīng)過慢，若溫度過高硝酸會(huì)分解（或揮發(fā)）；
（3）H₂C₂O₄與酸性KMnO₄溶液發(fā)生氧化還原反應(yīng)生成二氧化碳、錳離子等，反應(yīng)的離子方程式為5H₂C₂O₄+2MnO₄^-+6H⁺=2Mn²⁺+10CO₂+8H₂O，
故答案為：5H₂C₂O₄+2MnO₄^-+6H⁺=2Mn²⁺+10CO₂+8H₂O；
（4）6.3kg乙二酸的物質(zhì)的量為$\frac{6300g}{90g/mol}$=70mol，令反應(yīng)生成NO₂的乙二酸的物質(zhì)的量為xmol，則反應(yīng)生成NO的乙二酸的物質(zhì)的量為（70-x）mol，由方程式可知，反應(yīng)生成的n（NO₂）=6x mol，n（NO）=2（70-x）mol，尾氣NO_x中n（NO₂）：n（NO）=1：2，故6x：2（70-x）=1：2，解得x=10，故需要補(bǔ)充硝酸為[6x+2（70-x）]mol×（1-90%）=[60+120]mol×（1-90%）=18mol，故需要加入硝酸溶液的質(zhì)量為$\frac{18mol×63g/mol}{63%}$=1800g=1.8kg，
答：需要加入硝酸溶液的質(zhì)為1.8kg．

點(diǎn)評(píng) 本題以乙二酸的制備為載體，考查糖類性質(zhì)、實(shí)驗(yàn)條件的控制、化學(xué)計(jì)算等，難度中等，（4）關(guān)鍵是根據(jù)氮元素守恒判斷損失的氣體的物質(zhì)的量等于需要補(bǔ)充的硝酸的物質(zhì)的量．