Question

2．草酸作為一種很重要的化工原料，某一個(gè)學(xué)習(xí)小組的同學(xué)擬用甘蔗渣為原料用水解一氧化一水解的技術(shù)來(lái)制取草酸如圖1

Ⅰ、步驟④是減壓抽濾（如圖2），其優(yōu)點(diǎn)是：加快過(guò)濾速度、得到較干燥的沉淀，當(dāng)抽濾完畢或中途停止抽濾時(shí)，為了防止自來(lái)水倒吸入B裝置，最佳的操作是慢慢打開(kāi)活塞d，然后關(guān)閉水龍頭．
Ⅱ、該小組同學(xué)為了確定產(chǎn)品H₂C₂O₄•xH₂O中的x值，進(jìn)行下列實(shí)驗(yàn)：
①取w g產(chǎn)品配成100mL水溶液；
②量取25.00mL草酸溶液置于錐形瓶中，加入適量稀H₂SO₄后，用濃度為c mol•L^-1KMnO₄溶液滴定． 請(qǐng)回答下列問(wèn)題：
（1）實(shí)驗(yàn)①中，需要用到的玻璃儀器有：玻璃棒、燒杯、膠頭滴管和100mL容量瓶．
（2）寫(xiě)出草酸溶液與酸性高錳酸鉀溶液反應(yīng)的離子方程式：5H₂C₂O₄+2MnO₄^-+6H⁺=2Mn²⁺+10CO₂↑+8H₂O．
（3）若滴定時(shí)，前后兩次讀數(shù)分別為a mL和b mL，由此計(jì)算出該草酸晶體的x值是$\frac{50W}{9c（b-a）}$-5
Ⅲ、該小組同學(xué)在做實(shí)驗(yàn)Ⅱ②時(shí)發(fā)現(xiàn)向草酸溶液中逐滴加入高錳酸鉀溶液時(shí)，溶液褪色總是先慢后快，即反應(yīng)速率由小變大．為此，他們?cè)O(shè)計(jì)了實(shí)驗(yàn)進(jìn)行探究：
【實(shí)驗(yàn)用品】：儀器：試管（若干個(gè)并編號(hào)①，②，③…）、膠頭滴管（若干支）、秒表
試劑：0.1mol/L H₂C₂O₄溶液、0.1mol/L KMnO₄溶液、稀硫酸、MnSO₄固體
【實(shí)驗(yàn)內(nèi)容】：實(shí)驗(yàn)（1）：在①號(hào)和②號(hào)試管中分別先加入5m1 0.1mol/L H₂C₂O₄溶液，然后各加10滴稀硫酸，且在②號(hào)試管中加入少量硫酸錳固體．再在兩支試管中各加入5滴0.1mol/LKMnO₄溶液．現(xiàn)象如下（表1）

編號(hào)	①號(hào)試管	②號(hào)試管
褪色時(shí)間	90s	5s
實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象	均有氣泡產(chǎn)生；②號(hào)試管的溶液褪色比①號(hào)試管的溶液快，它們顏色變化如下：紫紅色→紅色→橙紅色→橙色→黃色→無(wú)色．

實(shí)驗(yàn)（2）：在①號(hào)和②號(hào)試管中分別加入5m1 0.1mol/L H₂C₂O₄溶液，在②號(hào)試管中再滴加l0滴稀硫酸，然后在兩支試管中各加入5滴0.1mol/L 的高錳酸鉀溶液．現(xiàn)象如下（表2）

編號(hào)	①號(hào)試管	②號(hào)試管
褪色時(shí)間	100s	90s
實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象	均有氣泡產(chǎn)生；②號(hào)試管的溶液褪色比①號(hào)試管的溶液快，它們顏色變化如下：紫紅色→紅色→橙紅色→橙色→黃色→無(wú)色．

實(shí)驗(yàn)（3）：在①號(hào)、②號(hào)和③號(hào)試管中分別加入5m1 0.1mol/L H₂C₂O₄溶液，然后在①、②、③號(hào)試管中依次加入10滴、l mL、2mL稀硫酸溶液，然后各加入5滴0.1mol/L的高錳酸鉀溶液，然后置于溫度為65℃的水浴中加熱．觀察現(xiàn)象如下（表3）．

編號(hào)	①號(hào)試管	②號(hào)試管	③號(hào)試管
褪色時(shí)間	88s	100s	120s
實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象	均有氣泡產(chǎn)生；①號(hào)試管的溶液褪色比②、③號(hào)試管的溶液快，它們顏色變化如下：紫紅色→紅色→橙紅色→橙色→黃色→無(wú)色．

（1）設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)（1）對(duì)應(yīng)的假設(shè)是反應(yīng)產(chǎn)物中的Mn²⁺可能是反應(yīng)的催化劑．
實(shí)驗(yàn)（1）得出的結(jié)論是Mn²⁺（或硫酸錳）在反應(yīng)中起到催化劑的作用，加快了反應(yīng)速率[或需要Mn²⁺（硫酸錳）作催化劑]，假設(shè)1成立．
（2）由實(shí)驗(yàn)（2）和實(shí)驗(yàn)（3）得出的結(jié)論是由表2和表3的實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知：硫酸對(duì)草酸和高錳酸鉀溶液的反應(yīng)有影響，加入少量硫酸，可促進(jìn)草酸和KMnO₄溶液反應(yīng)，而加入大量硫酸，草酸和高錳酸鉀溶液的反應(yīng)速率開(kāi)始比較慢，隨著反應(yīng)的進(jìn)行，褪色速率加快，溫度對(duì)該反應(yīng)速率影響不大．

Answer 1

分析 Ⅰ、（1）減壓的操作優(yōu)點(diǎn)是：可加快過(guò)濾速度，并能得到較干燥的沉淀；抽濾完畢或中途停止抽濾時(shí)，為保持內(nèi)外壓強(qiáng)的平衡，應(yīng)先斷開(kāi)連接安全瓶與抽氣裝置間的橡皮管，該裝置只需慢慢打開(kāi)活塞d，然后關(guān)閉抽氣裝置中的水龍頭；
Ⅱ、（1）配制準(zhǔn)確濃度的草酸溶液，所需要的實(shí)驗(yàn)儀器主要有天平（含砝碼）、燒杯、量筒、100mL容量瓶、膠頭滴管、玻璃棒等；
（2）酸性條件下，高錳酸鉀具有強(qiáng)氧化性，能氧化還原性物質(zhì)，草酸和酸性高錳酸鉀溶液發(fā)生氧化還原反應(yīng)生成二氧化碳、錳離子和水；
（3）滴定管的刻度由上而下刻度增大，滴定前后兩次讀數(shù)分別為amL和bmL，故消耗KMnO₄溶液體積（b-a）mL，根據(jù)關(guān)系式2KMnO₄～5H₂C₂O₄計(jì)算25.0mL草酸溶液中n（H₂C₂O₄），進(jìn)而計(jì)算100mL草酸溶液中n′（H₂C₂O₄），計(jì)算草酸的質(zhì)量，根據(jù)化學(xué)式質(zhì)量分?jǐn)?shù)計(jì)算求X的值；
【實(shí)驗(yàn)內(nèi)容】：（1）根據(jù)表中數(shù)據(jù)知，有硫酸錳的溶液褪色時(shí)間短，反應(yīng)速率快，沒(méi)有硫酸錳的溶液褪色時(shí)間長(zhǎng)、反應(yīng)速率慢；
（2）根據(jù)對(duì)比實(shí)驗(yàn)中不同物理量確定褪色時(shí)間長(zhǎng)短，從而確定反應(yīng)速率的影響因素；

解答 解：Ⅰ、（1）減壓的操作優(yōu)點(diǎn)是：可加快過(guò)濾速度，并能得到較干燥的沉淀；抽濾完畢停止抽濾時(shí)，為防止倒吸，為保持內(nèi)外壓強(qiáng)的平衡，先慢慢打開(kāi)活塞d，然后關(guān)閉水龍頭，
故答案為：加快過(guò)濾速度、得到較干燥的沉淀；慢慢打開(kāi)活塞d，然后關(guān)閉水龍頭；
Ⅱ、（1）配制準(zhǔn)確濃度的草酸溶液，所需要的實(shí)驗(yàn)儀器主要有天平（含砝碼）稱固體、燒杯溶解固體、100mL容量瓶配制溶液、膠頭滴管定容、玻璃棒攪拌引流等，所以缺少玻璃儀器為100mL容量瓶，
故答案為：100mL容量瓶；
（2）草酸溶液與酸性高錳酸鉀溶液發(fā)生氧化還原反應(yīng)，生成錳離子、二氧化碳、水，該離子反應(yīng)為5H₂C₂O₄+2MnO₄^-+6H⁺=2Mn²⁺+10CO₂↑+8H₂O，
故答案為：5H₂C₂O₄+2MnO₄^-+6H⁺=2Mn²⁺+10CO₂↑+8H₂O；
（3）滴定管的刻度由上而下刻度增大，滴定前后兩次讀數(shù)分別為amL和bmL，故消耗KMnO₄溶液體積（b-a）mL，
n（KMnO₄）=c mol•L^-1×（b-a）×10^-3L=c×（b-a）×10^-3mol，
根據(jù)關(guān)系式2KMnO₄～5H₂C₂O₄可知25.0mL草酸溶液中n（H₂C₂O₄）=2.5×c×（b-a）×10^-3mol，
則100mL草酸溶液中n′（H₂C₂O₄）=2.5×c×（b-a）×10^-3mol×$\frac{100mL}{25mL}$=c×（b-a）×10^-2mol，
草酸晶體中草酸的質(zhì)量為c×（b-a）×10^-2mol×90g/mol=0.9c（b-a）g，
由化學(xué)式可知：$\frac{90}{90+18x}$=$\frac{c×（b-a）×1{0}^{-2}mol×90g/mol}{Wg}$，解得x=$\frac{50W}{9c（b-a）}$-5，
故答案為：$\frac{50W}{9c（b-a）}$-5；
【實(shí)驗(yàn)內(nèi)容】：（1）根據(jù)表中數(shù)據(jù)知，有硫酸錳的溶液褪色時(shí)間短，反應(yīng)速率快，沒(méi)有硫酸錳的溶液褪色時(shí)間長(zhǎng)、反應(yīng)速率慢，說(shuō)明硫酸錳作催化劑而加快反應(yīng)速率，所以可假設(shè)：反應(yīng)產(chǎn)物中的Mn²⁺可能是反應(yīng)的催化劑，
故答案為：反應(yīng)產(chǎn)物中的Mn²⁺可能是反應(yīng)的催化劑；Mn²⁺（或硫酸錳）在反應(yīng)中起到催化劑的作用，加快了反應(yīng)速率[或需要Mn²⁺（硫酸錳）作催化劑]，假設(shè)1成立；
（2）根據(jù)實(shí)驗(yàn)（2）、（3）表2和表3的實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知：溫度不同其褪色時(shí)間不同，說(shuō)明溫度對(duì)該反應(yīng)速率有影響，根據(jù)實(shí)驗(yàn)（3）知，混合溶液中硫酸濃度不同其褪色時(shí)間不同，說(shuō)明硫酸對(duì)草酸和KMnO₄溶液的反應(yīng)有影響，加入少量硫酸，可促進(jìn)草酸和KMnO₄溶液反應(yīng)，褪色時(shí)間變短，而加入大量硫酸，反應(yīng)速率比較小，褪色時(shí)間加長(zhǎng)，說(shuō)明溫度對(duì)該反應(yīng)速率影響不大，
故答案為：由表2和表3的實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知：硫酸對(duì)草酸和高錳酸鉀溶液的反應(yīng)有影響，加入少量硫酸，可促進(jìn)草酸和KMnO₄溶液反應(yīng)，而加入大量硫酸，草酸和高錳酸鉀溶液的反應(yīng)速率開(kāi)始比較慢，隨著反應(yīng)的進(jìn)行，褪色速率加快，溫度對(duì)該反應(yīng)速率影響不大．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了物質(zhì)的分離和提純、化學(xué)平衡移動(dòng)等知識(shí)點(diǎn)，為高頻考點(diǎn)，側(cè)重于學(xué)生的分析、實(shí)驗(yàn)計(jì)算能量的考查，題目綜合性較強(qiáng)，掌握減壓過(guò)濾操作、有關(guān)滴定的計(jì)算是解答本題的關(guān)鍵，本題難度較大．