Question

火柴是人們常用的生活用品，火柴頭中含有硫磺和氯酸鉀．請(qǐng)仔細(xì)觀察圖1A、B所表示的實(shí)驗(yàn)裝置，并回答下列各題．

（1）設(shè)計(jì)裝置A的實(shí)驗(yàn)?zāi)康氖?div id="mzid3ju" class='quizPutTag' contenteditable='true'> 

．實(shí)驗(yàn)時(shí)，將兩根安全火柴伸入甲燒杯里，再用另一根燃著的火柴點(diǎn)燃火柴頭，待火柴頭燒完，即將火柴移出，迅速將甲燒杯倒扣在乙燒杯中，輕輕振蕩乙燒杯，可觀察到的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象是

 

．
（2）甲同學(xué)認(rèn)為A裝置中除了可選用稀高錳酸鉀外還可選用：品紅溶液、紫色石蕊溶液、滴有酚酞的NaOH溶液、溴水等，經(jīng)大家分析后淘汰了紫色石蕊溶液和滴有酚酞的NaOH溶液．你認(rèn)為淘汰的原因可能是

 

．甲同學(xué)還認(rèn)為在A裝置中選用濃的高錳酸鉀酸性溶液更好，因?yàn)闈舛仍酱蠓磻?yīng)速率越快，你認(rèn)為對(duì)嗎？

 

（先判斷再說明原因）．
（3）裝置B可定量測(cè)量火柴頭中硫磺的質(zhì)量，利用該裝置還可以測(cè)量新裝修居室中甲醛的含量，其反應(yīng)的離子方程式為：
4MnO₄^-+12H⁺+5HCHO═5CO₂+4Mn²⁺+11H₂O
注射器的量程為100mL（如圖1B），實(shí)驗(yàn)過程中當(dāng)注射器抽100次時(shí)高錳酸鉀溶液恰好完全反應(yīng)，則該新裝修居室空氣中甲醛的含量為：

 

 mg?m^-3．
（4）為了不必計(jì)算就能測(cè)出空氣中的甲醛含量，乙同學(xué)設(shè)計(jì)了如圖2所示的圖象，橫坐標(biāo)代表高錳酸鉀溶液褪色時(shí)的抽氣次數(shù)．每次實(shí)驗(yàn)用同樣的注射器、高錳酸鉀的量仍為4mL，則乙同學(xué)所用高錳酸鉀的物質(zhì)的量濃度為：

 

×10^-5mol?L^-1．（保留兩位小數(shù)） 在某次測(cè)定新裝修居室中甲醛含量的實(shí)驗(yàn)時(shí)，乙同學(xué)通過記錄抽氣次數(shù)后確定該居室可以居�。▏�(guó)家規(guī)定居室中的甲醛含量不得超過0.8mg?m^-3），你認(rèn)為丁同學(xué)在實(shí)驗(yàn)中抽氣的次數(shù)至少為

 

次．

Answer 1

考點(diǎn)：探究物質(zhì)的組成或測(cè)量物質(zhì)的含量,二氧化硫的化學(xué)性質(zhì)

專題：實(shí)驗(yàn)題

分析：（1）根據(jù)如果火柴頭中含有硫磺燃燒會(huì)生成二氧化硫，二氧化硫具有強(qiáng)還原性，使酸性高錳酸鉀溶液退色，據(jù)此分析；
（2）根據(jù)火柴燃燒肯定會(huì)產(chǎn)生CO₂（或答空氣中的CO₂）也能使紫色石蕊和氫氧化鈉酚酞溶液變色，所以不能判斷是否有二氧化硫氣體產(chǎn)生；濃的高錳酸鉀酸性溶液需要更多的二氧化硫才能使其退色，這樣實(shí)驗(yàn)的時(shí)間會(huì)更長(zhǎng)，據(jù)此分析；
（3）根據(jù)恰好反應(yīng)進(jìn)行完，酸性KMnO₄溶液顏色褪去；根據(jù)化學(xué)方程式4MnO₄^-+5HCHO+12H⁺=4Mn²⁺+5CO₂↑+11H₂O求出HCHO的物質(zhì)的量，然后求出其體積，最后求出甲醛的濃度；
（4）根據(jù)圖象，選取抽氣20次，甲醛濃度為2.0mg?m^-3，根據(jù)化學(xué)方程式4MnO₄^-+5HCHO+12H⁺=4Mn²⁺+5CO₂↑+11H₂O求出高錳酸鉀的物質(zhì)的量濃度；根據(jù)甲醛含量不得超過0.8mg?m^-3可以居住，即根據(jù)0.8mg?m^-3結(jié)合高錳酸鉀的物質(zhì)的量濃度計(jì)算抽氣的次數(shù)．

解答： 解：（1）因?yàn)槿绻�火柴頭中含有硫磺燃燒會(huì)生成二氧化硫，二氧化硫具有強(qiáng)還原性，使酸性高錳酸鉀溶液退色，所以設(shè)計(jì)裝置A的實(shí)驗(yàn)?zāi)康氖球?yàn)證火柴頭中是否含有硫或檢驗(yàn)火柴頭燃燒后是否有SO₂生成；如果火柴頭中含有硫磺，則甲燒杯中產(chǎn)生二氧化硫氣體，將其倒扣在乙燒杯中，輕輕振蕩乙燒杯，二氧化硫還原高錳酸鉀溶液，所以可觀察到的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象是紫色褪為無色，
故答案為：驗(yàn)證火柴頭中是否含有硫或檢驗(yàn)火柴頭燃燒后是否有SO₂生成；紫色褪為無色；
（2）因?yàn)榛鸩袢紵�肯定�?huì)產(chǎn)生CO₂（或答空氣中的CO₂）也能使紫色石蕊和氫氧化鈉酚酞溶液變色，所以不能判斷是否有二氧化硫氣體產(chǎn)生；濃的高錳酸鉀酸性溶液需要更多的二氧化硫才能使其退色，這樣實(shí)驗(yàn)的時(shí)間會(huì)更長(zhǎng)，
故答案為：火柴燃燒產(chǎn)生的CO₂（或答空氣中的CO₂）也能使紫色石蕊和氫氧化鈉酚酞溶液變色；錯(cuò)，因?yàn)闈舛仍礁邉t需要更多的火柴燃燒（或更多的SO₂）才能使高錳酸鉀溶液褪色，這樣實(shí)驗(yàn)的時(shí)間會(huì)更長(zhǎng)；
（3）抽氣100次，則會(huì)抽到空氣體積是100mL×100=50000mL=10L=0.01m^-3，根據(jù)反應(yīng)，設(shè)：抽得的氣體中含有甲醛的物質(zhì)的量是n，則     
                4MnO₄^-+5HCHO+12H⁺═4Mn²⁺+5CO₂+11H₂O，
                  4        5
0.004L×1.00×10^-4mol?L^-1    n
解得n=

5×0.004L×1.00×10 -4mol/L

4

=5×10^-7mol，質(zhì)量是5×10^-7mol×30g/mol=1.5×10^-5g=0.015mg，該居室內(nèi)空氣中甲醛的濃度為

0.015mg

0.01m -3

=1.5mg?m^-3，
故答案為：1.5；
（4）根據(jù)圖象，選取抽氣20次，甲醛濃度為2.0mg?m^-3，所以甲醛的質(zhì)量為：2.0mg?m^-3×0.1×10^-3m³×20=4×10^-3mg=4×10^-6g，根據(jù)化學(xué)方程式，設(shè)：高錳酸鉀的物質(zhì)的量濃度為C×10^-5mol?L^-1，則  
                4MnO₄^-+5HCHO+12H⁺=4Mn²⁺+5CO₂↑+11H₂O
                  4        5
0.004L×C×10^-5mol?L^-1    

4×10 -6g

30g/mol

，
解得C=

4× 4×10 -6 30

5×4×10 -8

=2.67；
根據(jù)甲醛含量不得超過0.8mg?m^-3可以居住，即根據(jù)甲醛含量0.8mg?m^-3抽氣的次數(shù)最少，根據(jù)化學(xué)方程式，設(shè)：抽氣的次數(shù)x，則甲醛的質(zhì)量為：0.8mg?m^-3×0.1×10^-3m³×x=8x×10^-5mg=8x×10^-8g，
                 4MnO₄^-+5HCHO+12H⁺=4Mn²⁺+5CO₂↑+11H₂O
                  4        5
0.004L×2.67×10^-5mol?L^-1    

8x×10 -8g

30g/mol

，
解得x=

5×0.004×2.67×10 -5×30

4×8×10 -8

=50；
故答案為：2.67；50．

點(diǎn)評(píng)：本題主要考查了甲醛的性質(zhì)、含量的測(cè)定原理等知識(shí)，難度大，知識(shí)點(diǎn)較多，注意根據(jù)方程式進(jìn)行計(jì)算以及單位的轉(zhuǎn)化是本題的關(guān)鍵．