Question

4．乳酸（2-羥基丙酸）為無色液體，與水混溶，弱揮發(fā)性．它在多種生物化學(xué)過程中起作用．某學(xué)習(xí)小組研究利用發(fā)酵法制乳酸以及探討乳酸的部分性質(zhì)．

實(shí)驗(yàn)（一）：乳酸的制取
步驟1：取14.40g葡萄糖（相對(duì)分子質(zhì)量為180）于燒杯中，加人乳酸菌（厭氧）發(fā)酵，72小時(shí)后，過濾，將濾液轉(zhuǎn)移到儀器A中，定容，得到500mL原液；
步驟2：取20.00mL原液于錐形瓶中，加人酚酞指示劑，用濃度為0.1000mol/L的NaOH溶液滴定至終點(diǎn)，重復(fù)4次，數(shù)據(jù)記錄如下表．（假定原液中其他物質(zhì)不與NaOH反應(yīng)）

次數(shù)	1	2	3	4
滴定體積（mL）	19.22	19.18	19.80	19.20

（1）儀器A是500mL容量瓶；
（2）如何判斷已到達(dá)滴定終點(diǎn)當(dāng)?shù)稳胱詈笠坏螛?biāo)準(zhǔn)液時(shí)，錐形瓶中無色溶液變紅色，且半分鐘內(nèi)不褪色；
（3）乳酸的產(chǎn)率為30%．
實(shí)驗(yàn)（二）：乳酸的性質(zhì)
已知乳酸的K_a=1.4×10^-4，碳酸的K_a1=4.47×10^-7．
（4）設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)證明乳酸是弱酸：取0.1mol/L乳酸溶液于燒杯中，用PH計(jì)測定其PH值，若PH大于1，說明乳酸是弱酸或（常溫下取0.1mol/L乳酸鈉溶液于燒杯中，用pH計(jì)測定其PH值，若PH大于7，說明乳酸是弱酸）或（取PH=a乳酸溶液于燒杯中，加水稀釋10n倍，用PH計(jì)測定其PH值，若PH小于a+n說明乳酸是弱酸）；
（5）小組利用如圖所示的儀器和藥品，通過實(shí)驗(yàn)來比較乳酸和碳酸的酸性強(qiáng)弱．

①可觀察到燒杯中的現(xiàn)象是溶液出現(xiàn)白色渾濁；
寫出燒杯中發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)方程式2NaAlO₂+3H₂O+CO₂═2Al（OH）₃↓+Na₂CO₃或NaAlO₂+2H₂O+CO₂═Al（OH）₃↓+NaHCO₃；
②學(xué)習(xí)小組中有成員提出上述實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)不夠嚴(yán)謹(jǐn)，請(qǐng)你提出改進(jìn)的措施在A與B之間增加一個(gè)裝有碳酸氫鈉溶液的洗氣瓶．

Answer 1

分析 實(shí)驗(yàn)（一）：（1）根據(jù)步驟1：得到500mL原液可知，儀器A是500mL容量瓶；
（2）乳酸與氫氧化鈉恰好反應(yīng)時(shí)生成乳酸鈉，乳酸鈉呈堿性，用酚酞作指示劑，酚酞在酸性溶液中顯無色，在堿性溶液中顯淺紅色；滴定時(shí)，當(dāng)?shù)沃链郎y液變色且半分鐘不恢復(fù)即為滴定終點(diǎn)；
（3）根據(jù)數(shù)據(jù)記錄表數(shù)據(jù)分析，第三組數(shù)據(jù)誤差大，為錯(cuò)誤記錄，不能作為有效數(shù)據(jù)，根據(jù)題干中其余三組數(shù)據(jù)計(jì)算消耗的氫氧化鈉溶液體積的平均值，乳酸的產(chǎn)率=$\frac{實(shí)際產(chǎn)量}{理論產(chǎn)量}$×100%，根據(jù)質(zhì)量守恒，14.40g葡萄糖理論產(chǎn)出乳酸14.40g；
實(shí)驗(yàn)（二）：
（4）證明乳酸為弱酸，可證明存在電離平衡、部分電離以及對(duì)應(yīng)的強(qiáng)堿鹽的溶液的酸堿性等角度設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)；
（5）①偏鋁酸鈉可以和少量二氧化碳反應(yīng)生成氫氧化鋁沉淀和碳酸鈉；偏鋁酸鈉可以和過量二氧化碳反應(yīng)生成氫氧化鋁沉淀和碳酸氫鈉，現(xiàn)象是溶液出現(xiàn)白色渾濁；
②乳酸（2-羥基丙酸）為無色液體，與水混溶，易揮發(fā)，需排除乳酸的干擾．

解答 解：實(shí)驗(yàn)（一）：（1）根據(jù)步驟1：過濾，將濾液轉(zhuǎn)移到儀器A中，定容，得到500mL原液，說明儀器A為500mL容量瓶，
故答案為：500mL容量瓶；
（2）取20.00mL原液于錐形瓶中，加入酚酞作指示劑，用濃為0.1000mol/L的NaOH溶液滴定至終點(diǎn)，乳酸與氫氧化鈉恰好反應(yīng)時(shí)生成乳酸鈉，乳酸鈉呈堿性，酚酞在酸性溶液中顯無色，在堿性溶液中顯淺紅色，所以判斷已到達(dá)滴定終點(diǎn)為：當(dāng)?shù)稳胱詈笠坏螛?biāo)準(zhǔn)液時(shí)，錐形瓶中無色溶液變紅色，且半分鐘內(nèi)不褪色，
故答案為：當(dāng)?shù)稳胱詈笠坏螛?biāo)準(zhǔn)液時(shí)，錐形瓶中無色溶液變紅色，且半分鐘內(nèi)不褪色；
（3）根據(jù)數(shù)據(jù)記錄表數(shù)據(jù)分析，第三組數(shù)據(jù)誤差大，為錯(cuò)誤記錄，不能作為有效數(shù)據(jù)，所以消耗的氫氧化鈉溶液的體積為：$\frac{19.22+19.18+19.20}{3}$=19.20mL，20.00mL原液中，n（乳酸）=n（NaOH）=CV=0.1000mol/L×19.20×10^-3L=1.92×10^-3mol，實(shí)際生產(chǎn)乳酸的質(zhì)量為：m=nM=1.92×10^-3mol×$\frac{500}{20}$×90g/mol=4.32g，
根據(jù)質(zhì)量守恒，14.40g葡萄糖理論產(chǎn)出乳酸14.40g，所以乳酸的產(chǎn)率=$\frac{實(shí)際產(chǎn)量}{理論產(chǎn)量}$×100%=$\frac{4.32g}{14.4g}$×100%=30%，
故答案為：30%；
實(shí)驗(yàn)（二）：（4）證明乳酸為弱酸，可證明存在電離平衡，取0.1mol/L乳酸溶液于燒杯中，用PH計(jì)測定其PH值，若PH大于1，說明乳酸是弱酸，或取PH=a乳酸溶液于燒杯中，加水稀釋10n倍，用PH計(jì)測定其PH值，若PH小于a+n說明乳酸是弱酸，
測定該酸的鈉鹽溶液常溫下的pH，若pH＞7，說明為強(qiáng)堿弱酸鹽，水解呈堿性，可說明為弱酸，常溫下取0.1mol/L乳酸鈉溶液于燒杯中，用pH計(jì)測定其PH值，若PH大于7，說明乳酸是弱酸，
故答案為：取0.1mol/L乳酸溶液于燒杯中，用PH計(jì)測定其PH值，若PH大于1，說明乳酸是弱酸或（常溫下取0.1mol/L乳酸鈉溶液于燒杯中，用pH計(jì)測定其PH值，若PH大于7，說明乳酸是弱酸）或（取PH=a乳酸溶液于燒杯中，加水稀釋10n倍，用PH計(jì)測定其PH值，若PH小于a+n說明乳酸是弱酸）；
（5）①偏鋁酸鈉可以和少量二氧化碳反應(yīng)生成氫氧化鋁沉淀和碳酸鈉，反應(yīng)的方程式為2NaAlO₂+3H₂O+CO₂═2Al（OH）₃↓+Na₂CO₃，
偏鋁酸鈉可以和過量二氧化碳反應(yīng)生成氫氧化鋁沉淀和碳酸氫鈉，即NaAlO₂+2H₂O+CO₂═Al（OH）₃↓+NaHCO₃，可觀察到燒杯中的現(xiàn)象是溶液出現(xiàn)白色渾濁，
故答案為：溶液出現(xiàn)白色渾濁；2NaAlO₂+3H₂O+CO₂═2Al（OH）₃↓+Na₂CO₃或NaAlO₂+2H₂O+CO₂═Al（OH）₃↓+NaHCO₃；
②乳酸（2-羥基丙酸）為無色液體，與水混溶，易揮發(fā)，需在A與B之間增加一個(gè)裝有碳酸氫鈉溶液的洗氣瓶，洗去二氧化碳中的乳酸，排除乳酸的干擾，
故答案為：在A與B之間增加一個(gè)裝有碳酸氫鈉溶液的洗氣瓶．

點(diǎn)評(píng) 本題考查乳酸的性質(zhì)實(shí)驗(yàn)，側(cè)重于學(xué)生的分析能力和實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ目疾�，注意把握�?shí)驗(yàn)的角度和可行性的評(píng)價(jià)，明確弱電解質(zhì)的判斷方法，題目難度中等．