Question

19．為了探究乙二酸的不穩(wěn)定性，弱酸性和還原性．某化學(xué)興趣小組設(shè)計(jì)了如下實(shí)驗(yàn)．
【查閱資料】乙二酸俗稱草酸，草酸晶體（H₂C₂O₄•2H₂O）在100°C時(shí)開始升華，157°C時(shí)大量升華并開始分解；草酸蒸氣在低溫下可冷凝為固體．草酸鈣不溶于水，草酸蒸氣能使澄清石灰水變渾濁．
【實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)】
I．乙二酸的不穩(wěn)定性：
根據(jù)草酸晶體的組成，猜想其受熱分解產(chǎn)物為CO、CO₂和H₂O．
（1）請(qǐng)用下列裝置組成一套探究并驗(yàn)證其產(chǎn)物的實(shí)驗(yàn)裝置，請(qǐng)回答下列問題：

①裝置的連接順序?yàn)椋篈→B→D→G→F→E→C→G；
②裝置中冰水混合物的作用是除去草酸蒸氣，防止干擾實(shí)驗(yàn)；
③能證明產(chǎn)物中CO的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象是黑色固體變成紅色，且澄清的石灰水變渾濁；
④從環(huán)境保護(hù)角度看上述裝置中存在的不合理之處為沒有CO尾氣處理裝置．
II．乙二酸的弱酸性：該小組同學(xué)為驗(yàn)證草酸性質(zhì)需0.1mol•L^-1的草酸溶液480mL．
（2）配制該溶液需要草酸晶體6.3g．
（3）為驗(yàn)證草酸具有弱酸性設(shè)計(jì)了下列實(shí)驗(yàn)，其中能達(dá)到實(shí)驗(yàn)?zāi)康氖荁D．
A．將草酸晶體溶于含酚酞的NaOH溶液中，溶液褪色
B．測(cè)定0.1mol•L^-1草酸溶液的pH
C．將草酸溶液加入Na₂CO₃溶液中，有CO₂放出
D．測(cè)定草酸鈉溶液的pH
（4）該小組同學(xué)將0.1mol•L^-1草酸溶液和0.1mol•L^-1的NaOH等體積混合后，測(cè)定反應(yīng)后溶液呈酸性，則所得溶液中各離子濃度由大到小的順序?yàn)閏（Na⁺）＞c（HC₂O₄^-）＞c（H⁺）＞c（C₂O₄^2-）＞c（OH^-）．
III．乙二酸的還原性：
（5）該小組同學(xué)向用硫酸酸化的KMnO₄溶液中滴入過量的草酸溶液，發(fā)現(xiàn)酸性KMnO₄溶液褪色，從而判斷草酸具有較強(qiáng)的還原性．該反應(yīng)的離子方程式為2MnO₄^-+5H₂C₂O₄+6H⁺=2Mn²⁺+10CO₂↑+8H₂O．
（6）該小組同學(xué)查閱資料得知“菠菜中富含可溶性草酸鹽和碳酸鹽”，利用上述原理準(zhǔn)確測(cè)定菠菜中草酸鹽含量，回答有關(guān)問題：
①操作：取m g菠菜樣品，將其中草酸鹽轉(zhuǎn)化為CaC₂O₄沉淀分離出來，用鹽酸溶解后，將溶液轉(zhuǎn)入容量瓶中加水配制成100mL溶液．每次用酸式滴定管移取25.00mL該溶液，用0.0100mol•L^-1KMnO₄標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定，平均消耗標(biāo)準(zhǔn)溶液V mL．
②計(jì)算：菠菜中草酸鹽（以（QUOTE計(jì)）的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為$\frac{0.88V}{m}$%．
③討論：用標(biāo)準(zhǔn)KMnO₄溶液直接滴定菠菜研磨、浸泡、過濾得到的溶液結(jié)果可能偏高，如果不考慮操作引起的誤差，原因很可能是溶液中可能含有其他還原性物質(zhì)會(huì)消耗高錳酸鉀．

Answer 1

分析 （1）猜想其受熱分解產(chǎn)物為CO₂、CO和H₂O，草酸晶體（H₂C₂O₄•2H₂O）在100℃時(shí)開始升華，157℃時(shí)大量升華并開始分解，草酸蒸氣在低溫下可冷凝為固體，所以生成的氣體中含有草酸蒸氣，應(yīng)該檢驗(yàn)生成產(chǎn)物成分時(shí)除去草酸，因?yàn)闄z驗(yàn)二氧化碳需要?dú)溲趸�鈣溶液，溶液中含有水分，所以要先用無水硫酸銅檢驗(yàn)水蒸氣；用CuO檢驗(yàn)CO，CO生成二氧化碳，為防止CO生成的CO₂干擾產(chǎn)物中CO₂的檢驗(yàn)，所以要先檢驗(yàn)CO₂、后檢驗(yàn)CO；
（2）配制480mL0.1mol•L^-1的草酸溶液需要500mL容量瓶，則需要草酸晶體質(zhì)量=cVM=0.1mol/L×0.5L×126g/mol；
（3）A．將草酸晶體溶于含酚酞的NaOH溶液中，溶液褪色，說明草酸具有酸性；
B．測(cè)定0.1molL^-1草酸溶液的pH，根據(jù)氫離子濃度和草酸濃度相對(duì)大小判斷電解質(zhì)強(qiáng)弱；
C．將草酸溶液加入Na₂CO₃溶液中，有CO₂放出，說明草酸酸性大于碳酸；
D．測(cè)定草酸鈉溶液的pH，根據(jù)溶液酸堿性判斷草酸酸性強(qiáng)弱；
（4）二者恰好反應(yīng)生成NaHC₂O₄，混合溶液呈酸性，則c（H⁺）＞c（OH^-），Na⁺不水解、HC₂O₄^-水解，則c（Na⁺）＞c（HC₂O₄^-），溶液呈酸性說明HC₂O₄^-電離程度大于水解程度，據(jù)此判斷離子濃度大小；
（5）酸性條件下，KMnO₄具有強(qiáng)氧化性，酸性KMnO₄溶液和草酸發(fā)生氧化還原反應(yīng)而使酸性高錳酸鉀溶液褪色，Mn元素化合價(jià)由+7價(jià)變?yōu)?2價(jià)，則C元素生成穩(wěn)定氧化物CO₂，根據(jù)轉(zhuǎn)移電子相等、原子守恒、電荷守恒書寫方程式；
（6）①計(jì)算出配制的100mL樣品溶液會(huì)消耗高錳酸鉀溶液的體積，再根據(jù)n=cV計(jì)算出消耗高錳酸鉀的物質(zhì)的量，然后根據(jù)反應(yīng)2MnO₄^-+5H₂C₂O₄+6H⁺=2Mn²⁺+10CO₂↑+8H₂O計(jì)算出樣品中含有草酸鈣的物質(zhì)的量，最后計(jì)算出樣品中草酸鈣的質(zhì)量分?jǐn)?shù)；
②測(cè)定結(jié)果偏高，說明消耗的酸性高錳酸鉀溶液體積偏大，如果不考慮操作引起的誤差，則說明溶液中可能含有其它還原性的物質(zhì)．

解答 解：（1）①猜想其受熱分解產(chǎn)物為CO₂、CO和H₂O，草酸晶體（H₂C₂O₄•2H₂O）在100℃時(shí)開始升華，157℃時(shí)大量升華并開始分解，草酸蒸氣在低溫下可冷凝為固體，所以生成的氣體中含有草酸蒸氣，應(yīng)該檢驗(yàn)生成產(chǎn)物成分時(shí)除去草酸，因?yàn)闄z驗(yàn)二氧化碳需要?dú)溲趸�鈣溶液，溶液中含有水分，所以要先用無水硫酸銅檢驗(yàn)水蒸氣；用CuO檢驗(yàn)CO，CO生成二氧化碳，為防止CO生成的CO₂干擾產(chǎn)物中CO₂的檢驗(yàn)，所以要先檢驗(yàn)CO₂、后檢驗(yàn)CO，用B冷卻得到草酸晶體、用C氧化CO、用D檢驗(yàn)水、用E干燥CO、用F吸收二氧化碳、用G檢驗(yàn)二氧化碳，所以其排列順序是A→B→D→G→F→E→C→G，故答案為：D；G；
②冰水混合物的作用是除去產(chǎn)物中草酸蒸氣，防止干擾實(shí)驗(yàn)，
故答案為：除去草酸蒸氣，防止干擾實(shí)驗(yàn)；
③CO具有還原性，能還原CuO生成Cu，生成的二氧化碳能使澄清石灰水變渾濁，則能證明含有CO的現(xiàn)象是：黑色固體變成紅色，且澄清的石灰水變渾濁，
故答案為：黑色固體變成紅色，且澄清的石灰水變渾濁；
④CO有毒，不能直接排空，所以要有尾氣處理裝置，
故答案為：沒有CO尾氣處理裝置；
（2）配制480mL0.1mol•L^-1的草酸溶液需要500mL容量瓶，則需要草酸晶體質(zhì)量=cVM=0.1mol/L×0.5L×126g/mol=6.3g，
故答案為：6.3；
（3）A．將草酸晶體溶于含酚酞的NaOH溶液中，溶液褪色，說明草酸具有酸性，但不能說明草酸部分電離，所以不能證明草酸是弱酸，故A錯(cuò)誤；
B．測(cè)定0.1molL^-1草酸溶液的pH，如果溶液中氫離子濃度小于草酸濃度的2倍，就說明草酸部分電離為弱電解質(zhì)，故B正確；
C．將草酸溶液加入Na₂CO₃溶液中，有CO₂放出，說明草酸酸性大于碳酸，但不能說明草酸部分電離，則不能證明草酸是弱酸，故C錯(cuò)誤；
D．測(cè)定草酸鈉溶液的pH，如果草酸鈉是強(qiáng)酸強(qiáng)堿鹽，溶液呈中性，如果草酸鈉是弱酸強(qiáng)堿鹽，溶液呈堿性，所以能證明草酸是否是弱電解質(zhì)，故D正確；
故答案為：BD；
（4）二者恰好反應(yīng)生成NaHC₂O₄，混合溶液呈酸性，則c（H⁺）＞c（OH^-），Na⁺不水解、HC₂O₄^-水解，則c（Na⁺）＞c（HC₂O₄^-），溶液呈酸性說明HC₂O₄^-電離程度大于水解程度，所以溶液中c（H⁺）＞c（C₂O₄^2-），溶液呈酸性則c（OH^-）濃度最小，則溶液中離子濃度大小順序是c（Na⁺）＞c（HC₂O₄^-）＞c（H⁺）＞c（C₂O₄^2-）＞c（OH^-），
故答案為：c（Na⁺）＞c（HC₂O₄^-）＞c（H⁺）＞c（C₂O₄^2-）＞c（OH^-）；
（5）酸性條件下，KMnO₄具有強(qiáng)氧化性，酸性KMnO₄溶液和草酸發(fā)生氧化還原反應(yīng)而使酸性高錳酸鉀溶液褪色，Mn元素化合價(jià)由+7價(jià)變?yōu)?2價(jià)，則C元素生成穩(wěn)定氧化物CO₂，根據(jù)轉(zhuǎn)移電子相等、原子守恒、電荷守恒書寫方程式為2MnO₄^-+5H₂C₂O₄+6H⁺=2Mn²⁺+10CO₂↑+8H₂O，
故答案為：2MnO₄^-+5H₂C₂O₄+6H⁺=2Mn²⁺+10CO₂↑+8H₂O；
（6）②配制的100mL樣品溶液會(huì)消耗高錳酸鉀溶液的體積為VmL×$\frac{100mL}{25mL}$=4VmL，消耗高錳酸鉀的物質(zhì)的量為：0.0100mol•L^-1×4V×10^-3L=4V×10^-5mol，根據(jù)反應(yīng)2MnO₄^-+5H₂C₂O₄+6H⁺=2Mn²⁺+10CO₂↑+8H₂O可知，mg樣品中含有草酸鈣的物質(zhì)的量為：4V×10^-5mol×$\frac{5}{2}$=V×10^-4mol，菜中草酸鈣的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為：$\frac{88g/mol×V×1{0}^{-4}mol}{mg}$×100%=$\frac{0.88V}{m}$%，
故答案為：$\frac{0.88V}{m}$%；
③用標(biāo)準(zhǔn)KMnO₄溶液直接滴定菠菜研磨、浸泡、過濾得到的溶液結(jié)果可能偏高，如果不考慮操作引起的誤差，則溶液中可能含有其他還原性物質(zhì)會(huì)消耗高錳酸鉀，導(dǎo)致測(cè)定結(jié)果偏高，
故答案為：溶液中可能含有其他還原性物質(zhì)會(huì)消耗高錳酸鉀．

點(diǎn)評(píng) 本題考查性質(zhì)實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)，為高頻考點(diǎn)，題目難度中等，涉及氧化還原反應(yīng)、離子濃度大小比較、弱電解質(zhì)的判斷、溶液配制、實(shí)驗(yàn)操作先后順序判斷等知識(shí)點(diǎn)，明確物質(zhì)的性質(zhì)及實(shí)驗(yàn)原理是解本題關(guān)鍵，難點(diǎn)是（1）中物質(zhì)檢驗(yàn)先后順序，易錯(cuò)點(diǎn)是（2）的計(jì)算，注意應(yīng)該配制500mL溶液而不是480mL溶液．